چکمه‌ای که باعث تعادل میشود

به گزارش مجله خبری نگار،یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که کلید افزایش تعادل، داشتن چکمه‌هایی است که می‌توانند سریعتر از زمان واکنش انسان عمل کنند.

مهندسان بیومکانیک و محققین فیزیولوژی توانبخشی در مطالعه خود، به دنبال پاسخ به این سؤال بودند که آیا ربات‌های پوشیدنی مانند پروتز‌ها می‌توانند تعادل را بالاتر و فراتر از شرایط طبیعی بهبود ببخشند.

محققان در Georgia Tech و Emory در یک فضای آزمایشگاهی کف زمین را مجهز به موتورکردند تا به معنای واقعی کلمه فرش را از زیر پای شرکت کنندگان جوان سالم بیرون بکشند و آن‌ها را به زمین بیندازند. از آن‌ها خواسته شد که تعادل خود را حفظ کنند و پا‌های خود را در جای خود نگه دارند، اما گاهی اوقات لغزش آنقدر زیاد بود که مجبور بودند برای جلوگیری از اینکه با صورت به زمین نخورند قدمی بردارند.

سپس، محققان چکمه‌های رباتیک (exo-boots) را طوری برنامه‌ریزی کردند که به شرکت‌کنندگان به دو شکل پاسخ می‌داد. یا با تاخیر زمانی مشابه با پاسخ طبیعی بدن و یا به طور مصنوعی سریعتر از حد پاسخ طبیعی انسان. این نتایج با با پاسخ افرادی که از بوت رباتیک استفاده نمی‌کردند مقایسه شد.

محققان می‌گویند وقتی که انسان به ضربه مشت واکنش نشان می‌دهد و آن را رد می‌کند و از آن سریع‌تر است بنابراین این قابلیت به کاربران کمک می‌کند تا سریعتر تعادل خود را بازیابی کنند و نیازی به برداشتن قدم برای بازیابی نداشته باشند.

در همان زمان، آن‌ها پاسخ‌های فیزیولوژیکی «شرکت کننده‌های آزمایشی» را ثبت کردند تا ببینند آیا دستگاه پاسخ‌های تعادلی زیربنایی آن‌ها را تقلید می‌کند یا به طور بالقوه تداخل دارند.

با استفاده از سونوگرافی، می‌توانیم به زیر پوست نگاه کنیم تا ببینیم چگونه عضلات ساق پا در حین لغزش کشیده می‌شوند. کشش عضلانی سیگنال‌های حسی حیاتی مورد نیاز سیستم عصبی را برای شروع واکنش تعادل تولید می‌کند.

این یافته نشان می‌دهد که سیستم عصبی بیش از مجموعه‌ای از رفلکس‌های ساده است که به کشش عضلانی موضعی واکنش نشان می‌دهد، اما در عوض برای جمع‌آوری اطلاعات از سرتاسر بدن عمل می‌کند تا هم در ایستادن و هم در راه رفتن عمودی بماند.

چرا تعادل مهم است

مردم تمایل دارند تعادل را بدیهی بدانند. اما هر قدم احتمال سقوط را در خود دارد و زمین خوردن‌های بد یکی از دلایل اصلی کاهش سلامتی با افزایش سن است. اگر محققان بتوانند فناوری کمکی را برای بهبود تعادل در حین حرکت توسعه دهند، می‌تواند از سقوط جلوگیری کند و افراد را قادر سازد برای مدت طولانی‌تری فعال باشند.

استفاده از ربات‌های پوشیدنی برای کمک به تحرک، به ویژه تعادل، از دیرباز رویای دانشمندان و مهندسان بوده است. اما تحقیقات تا به امروز در درجه اول بر ارائه کمک‌های برقی برای آسان‌تر کردن راه رفتن سریع‌تر یا طولانی‌تر متمرکز شده است. به غیر از تعداد انگشت شماری از دستگاه‌های تحقیقاتی آزمایشگاهی، حوزه ربات‌های پوشیدنی تمرکز زیادی روی تعادل نداشته است.

پیشرفت‌های فناوری در دهه گذشته فرصت‌های جدیدی را برای ربات‌های پوشیدنی پیشرفته برای بهبود تعادل ایجاد می‌کند. سایر محققان در سراسر جهان نیز در حال تطبیق سیستم‌های اسکلت بیرونی موجود برای کمک به تعادل با استفاده از الگوریتم‌های کنترلی الهام‌گرفته از بیولوژیک هستند که ممکن است به مرور زمان بتوانند سریع‌تر از رفلکس طبیعی انسان پاسخ ارائه دهند.

گام بعدی

این مطالعه اثبات مفهومی است که نشان می‌دهد اسکلت‌های بیرونی می‌توانند تعادل را در یک محیط آزمایشگاهی کنترل‌شده در طول یک کار ساده ایستادن عمودی برای بزرگسالان جوان بدون مشکل تعادل بهبود بخشند. کار‌های زیادی باید انجام شود تا ربات‌های پوشیدنی بتوانند به تعادل افراد در زندگی روزمره کمک کنند و زندگی افراد مبتلا به اختلالات تعادل مانند افراد مسن یا افراد مبتلا به سکته مغزی یا آسیب نخاعی را بهبود ببخشند. گام بعدی استفاده از اسکلت بیرونی در سایر مفاصل اندام تحتانی، مانند زانو و لگن و همچنین توسعه هوش مصنوعی است که می‌تواند خطر افتادن را پیش‌بینی کند و تعادل فراانسانی شخصی‌سازی شده را ایجاد کند.