ساخت دست مصنوعی نرم با کنترل آسان برای کاربران

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، پیشرفت‌های تکنولوژیکی اخیر، فرصت‌های جدیدی را برای توسعه ابزار‌های کمکی و پزشکی از جمله اندام‌های مصنوعی باز کرده است. در حالی که این اندام‌ها قبلاً اجسامی سخت با شکلی مشابه اندام بودند، پروتز‌ها اکنون نرم‌تر و واقعی‌تر به نظر می‌رسند، با برخی از اجزای رباتیک که به طور قابل توجهی عملکرد آنها را گسترش می‌دهد.

با وجود این پیشرفت‌ها، اکثر اعضای روباتیک تجاری موجود نمی‌توانند به راحتی و به طور مستقیم توسط کاربران کنترل شوند. این به طور قابل توجهی اثربخشی آنها و میزانی که آنها می‌توانند کیفیت زندگی افراد را بهبود بخشند محدود می‌کند.

محققان موسسه فناوری ایتالیا (IIT) و امپریال کالج لندن اخیراً دست مصنوعی نرم جدیدی ساخته‌اند که کنترل آن برای کاربران آسان‌تر است. این سیستم که در مقاله Science Robotics ارائه شده است، از یک رویکرد کنترلی جدید استفاده می‌کند که الگو‌های هماهنگی انگشتان متعدد (به عنوان مثال، هم افزایی وضعیتی) را با رمزگشایی فعالیت نورون‌های حرکتی در ستون فقرات افراد یکپارچه می‌کند.

آنتونیو بیکی گفت: مقاله اخیر ما نتیجه یک کمک مالی ERC Synergy است که برای آن گروه من در IIT و گروه داریو فارینا در امپریال کالج لندن برای ایجاد یک ارتباط جدید و طبیعی بین کاربران و دست‌های مصنوعی آنها منتشر شد؛ و هوش مصنوعی از طریق یک اتصال عصبی صحبت می‌کند.

ویدئویی که کنترل مبتنی بر هم افزایی MN SoftHand Pro-۲ را توسط یک شرکت‌کننده بدون نقص فیزیکی نشان می‌دهد. شرکت‌کننده قابلیت‌های چنگ زدن و دستکاری با اشیاء مختلف را بررسی می‌کند. این ویدئو به شرکت‌کننده نشان می‌دهد که فضای کنترلی را بدون گرفتن هیچ شی کاوش می‌کند و نمونه‌هایی از گرفتن عملکردی و دستکاری در دست اشیاء مختلف را انجام می‌دهد.

هنگامی که انسان‌ها یک کار دستی را انجام می‌دهند، معمولا حرکات انگشتان خود را به روش‌های پویا هماهنگ می‌کنند. این الگو‌های هماهنگی اولیه به عنوان هم افزایی پاسچرال شناخته می‌شوند.

محققان روشی را برای کنترل اندام‌های مصنوعی ابداع کردند که هم افزایی وضعیتی را با رمزگشایی عصبی فعالیت‌های نورون حرکتی ستون فقرات ادغام می‌کند. به عبارت دیگر، الگو‌های هماهنگی انگشتان با تجزیه و تحلیل سیگنال‌های الکتریکی منشأ گرفته از سیستم عصبی افراد ترکیب می‌شود که می‌تواند برای پیش بینی حرکاتی که آنها دوست دارند دست رباتیک در یک زمان معین انجام دهد، استفاده شود.

بیکی توضیح داد: دست با ترکیبی از مواد نرم، برای پوست، تاندون‌ها و رباط‌ها، و از مواد سفت و سخت برای استخوان‌ها ساخته شده است.

"استخوان‌های مصنوعی" به جای چرخش به دور پین‌ها مانند دست‌های روباتی، روی هم می‌غلطند. آرایش تاندون‌ها به گونه‌ای است که دست می‌تواند با شکل اجسامی که باید گرفته شوند وفق پیدا کند و در نتیجه یک خود مختار و هوشمند را بازتولید می‌کند. رفتار درک در دستان انسان مشاهده شده است.

یکی از ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد دست مصنوعی نرم که توسط این تیم محقق ساخته شده است این است که نه تنها به کاربران اجازه می‌دهد تا اشیا را به طور شهودی درک کنند، بلکه آنها را به روش‌های خاصی دستکاری کنند. برای مثال، می‌تواند به کاربران این امکان را بدهد که نه تنها یک بطری آب را بگیرند، بلکه درپوش آن را بین انگشتان دست روباتیک بچرخانند تا آن را باز کنند.

محققان عملکرد دست را در یک سری آزمایش‌های اولیه، شامل افرادی که تمام اندام‌های خود را دارند و افرادی که نیاز به دست مصنوعی دارند، ارزیابی کردند. یافته‌های آنها بسیار امیدوارکننده بود، زیرا این دست به کاربران اجازه می‌دهد تا حرکات پیچیده دست را انجام دهند و اشیا را دقیق‌تر و طبیعی‌تر از سایر دست‌های مصنوعی دستکاری کنند.

در آینده، رویکرد کنترلی و طراحی ابداع شده توسط این محققان می‌تواند برای توسعه سایر اندام‌های مصنوعی به کار رود. دست مصنوعی نرمی که آنها معرفی کردند نیز می‌تواند بیشتر بهبود یابد و در محیط‌های بالینی آزمایش شود، که در نهایت می‌تواند به تجاری‌سازی آن کمک کند.

بیکی گفت: ما نشان دادیم که ارتباط مستقیمی بین دو سطح وجود دارد که قبلاً یک سازمان هوشمند در «هم‌افزایی» تعداد دلهره‌آور و پیچیدگی دست‌های انسان مشاهده شده بود.

از یک طرف، پدیدارشناسی چنگ زدن انسان، فضای پنهانی از چند الگو را نشان می‌دهد که بر استفاده روزانه از دست‌ها غالب است. از طرف دیگر، بازسازی سیگنال‌های نورون حرکتی که برای فرمان دادن به دست از نخاع استفاده می‌شوند نیز نشان می‌دهد. فضایی با ابعاد پایین‌تر که ابعاد بسیار بزرگ آنها را کاهش می‌دهد به طور طبیعی دست‌های نرم الهام گرفته از زیستی را کنترل کنید.