سماعات خارقة تحول الموجات الدماغية إلى بيانات صحية

تحسِّن المراقبة الذاتية لأداء الرياضيين

سماعات خارقة تحول الموجات الدماغية إلى بيانات صحية
TT

سماعات خارقة تحول الموجات الدماغية إلى بيانات صحية

سماعات خارقة تحول الموجات الدماغية إلى بيانات صحية

حقّق باحثون في جامعة كاليفورنيا سان دييغو اختراقاً في مجال التقنية القابلة للارتداء، بتحويل سماعات أذن عادية إلى جهاز متطوّر قادر على تسجيل نشاط الدماغ، بالإضافة إلى جمع بيانات حمض اللاكتيك في العرق.

استشعار إشارات الدماغ

ترصد أجهزة الاستشعار المرنة المطبوعة بالأبعاد الثلاثية هذه الإشارات الفسيولوجية الكهربائية من الدماغ، وتحلّل حمض اللاكتيك في العرق الذي ينتجه الجسم عادةً خلال ممارسة الرياضة والتمثيل الغذائي. وتشكّل سماعات الأذن أداةً مثالية لجمع هذا النوع من البيانات، بسبب قرب المسافة بين الغدد العرقية في الأذن والدماغ.

يقف خلف هذه المقاربة المبتكرة دافعٌ أساسي، وهو إمكانية تشخيص مختلف أنواع النوبات. فمع وجود أكثر من 30 نوعاً من النوبات، وتأثير كلّ واحد منها على منطقة مختلفة من الدماغ تقدّم البيانات الفسيولوجية الكهربائية مجتمعة مع قياسات حمض اللاكتيك في العرق معلومات تشخيصية قيّمة. تدخل هذه البيانات الحيوية في التطبيقات الطبية طبعاً، ولكنّها أيضاً تذهب أبعد من ذلك، لتساعد في تحسين المراقبة الذاتية للأداء في أثناء ممارسة التمارين الرياضية، وفي تزويد صاحبها بمعلومات مهمّة عن مستويات التوتّر والتركيز.

قد لا يكون الاستشعار الحيوي من داخل الأذن جديداً، ولكن تميّز تقنية جهاز الاستشعار الجديدة يكمن في قدرتها على قياس نشاط الدماغ ومستوى حمض اللاكتيك في الوقت نفسه.

بيانات صحية

يرى الباحثون في مستقبل هذه التقنية مزيداً من التطوير والتحسين اللذين سيؤديان إلى عصر تصبح فيه الأجهزة القابلة للارتداء يوميّاً مدعومة بأجهزة استشعار للتصوير العصبي لجمع البيانات الصحية. وأشار جيرت كوينبرغز، أستاذ الهندسة الحيوية في جامعة كاليفورنيا، إلى أنّ القدرة على قياس نشاط الدماغ الإدراكي وأوضاع التمثيل الغذائي بواسطة جهاز واحد يُوضع في الأذن تفتح الباب واسعاً لكثير من تطبيقات المراقبة الصحية اليومية.

ولكن لتطوير هذه التقنية الاستشعارية كان لا بدّ من تجاوز تحديات تقنية متنوعة، فقد احتاج الباحثون إلى تصميم جهاز استشعار شديد الضغط والرقّة قادر على جمع عيّنات دقيقة من العرق. كما اضطروا إلى استخدام مكونات قابلة للانحناء، لضمان تكيّف جهاز الاستشعار مع شكل الأذن غير المتساوي واحتكاكه الدائم معها في الوقت نفسه. وأخيراً، صمّم الباحثون جهاز استشعار مطبوعاً ومزوّداً بنابض قادر على التكيّف مع حركة السماعات وتقديم قراءات دقيقة. تضمّ أجهزة الاستشعار الحيوية هذه أيضاً طبقة هيدروجيل رقيقة لتعزيز جمع البيانات من العرق.

وتتطلّب هذه الأجهزة حالياً كمية كبيرة من العرق، لتقديم تحليل بيانات ذي قيمة، ولكنّ التقدّم المستمر الذي تشهده يَعِد بدقّة متزايدة، وهذا الأمر يعني أنّ الحركة البدنية المكثفة لن تكون ضرورية في المستقبل للحصول على تحليل مفيد للعرق.


مقالات ذات صلة

بايدن يستقبل ترمب في البيت الأبيض الأربعاء

الولايات المتحدة​ الرئيس الأميركي جو بايدن (يسار) والرئيس المنتخب دونالد ترمب (أ.ف.ب)

بايدن يستقبل ترمب في البيت الأبيض الأربعاء

يستقبل الرئيس الأميركي جو بايدن دونالد ترمب الذي يخلفه في يناير (كانون الثاني) في البيت الابيض، الأربعاء الساعة 16:00 بتوقيت غرينتش في المكتب البيضوي.

«الشرق الأوسط» (واشنطن)
الولايات المتحدة​ دونالد ترمب (رويترز)

الولايات الديمقراطية تتحدّى الإدارة الجمهورية... وكاليفورنيا تتصدّر مساعي «مقاومة» ترمب

تتصدّر ولاية كاليفورنيا الأميركية المساعي لمقاومة إدارة ترمب المقبلة، التي ستشكّل اختباراً لقدرة الولايات الديمقراطية على مواجهة أفكار الرئيس الجمهوري الفائز.

«الشرق الأوسط» (واشنطن)
المشرق العربي وزير الدفاع لويد أوستن، لدى لقائه رئيس الوزراء العراقي محمد السوداني في البنتاغون 15 أبريل (أ.ب)

السوداني وترمب يطويان صفحة «مذكرة القبض»

اتفق رئيس الوزراء العراقي محمد السوداني والرئيس الأميركي المنتخب دونالد ترمب على طي صفحة «مذكرة القبض» التي أصدرها القضاء العراقي ضد ترمب عام 2020.

حمزة مصطفى (بغداد)
خاص صورة أرشيفية لمقاتِلَين فلسطينيَّين من «كتائب القسام» الجناح العسكري لحركة «حماس» يشاركان في عرض عسكري قرب الحدود مع إسرائيل بوسط قطاع غزة 19 يوليو 2023 (رويترز)

خاص «حماس» أُحيطت علماً بطلب أميركا إبعادها عن قطر

أكد مصدر مسؤول في حركة «حماس» أن الحركة لم تتلقَّ طلباً من قطر بمغادرة الدوحة، بخلاف تقارير متعددة حول ذلك، لكنه أضاف أن الحركة أحيطت علماً بوجود طلب أميركي فقط

كفاح زبون (رام الله) «الشرق الأوسط» (غزة)
الولايات المتحدة​ امرأة وزوجها وسط أنقاض منزلهما الذي أتى عليه الحريق في كاماريللو (أ.ب)

حرائق كالفورنيا «تلتهم» أكثر من 130 منزلاً

أكد عناصر الإطفاء الذين يعملون على إخماد حريق دمّر 130 منزلا على الأقل في كالفورنيا أنهم حققوا تقدما في هذا الصدد الجمعة بفضل تحسن أحوال الطقس.

«الشرق الأوسط» (لوس أنجليس)

تطوير روبوت لتنظيف دورات المياه

ذراع روبوتية ذكية (جامعة فيينا للتكنولوجيا)
ذراع روبوتية ذكية (جامعة فيينا للتكنولوجيا)
TT

تطوير روبوت لتنظيف دورات المياه

ذراع روبوتية ذكية (جامعة فيينا للتكنولوجيا)
ذراع روبوتية ذكية (جامعة فيينا للتكنولوجيا)

نجح فريق من الباحثين من جامعة فيينا للتكنولوجيا في النمسا، في تطوير روبوت جديد يمكنه أن يحاكي حركات البشر في تنظيف دورات المياه بكفاءة عالية، عبر استخدام إسفنجة تنظيف مزودة بأجهزة استشعار وعلامات تتبع تظهر للروبوتات ماذا ينبغي عليها أن تفعل.

يقول البروفيسور أندرياس كوجي، من معهد الأتمتة والتحكم في جامعة فيينا، في بيان صادر الجمعة: «إن التقاط الشكل الهندسي لحوض الغسيل باستخدام الكاميرات أمر بسيط نسبياً. لكن هذه ليست الخطوة الحاسمة. الأصعب بكثير تعليم الروبوت أي نوع من الحركة مطلوب لأي جزء من السطح؟ وما مدى سرعة الحركة؟ وما الزاوية المناسبة؟ وما الكمية المناسبة من القوة؟».

وتتم أتمتة الروبوتات كي تقوم بأعمال مملة أو غير مرغوبة للبشر. ومع ذلك، فإن المهام الشاقة مثل تنظيف دورات المياه قد يكون من الصعب جداً أتمتة مهامها. إذ كيف يمكن حساب حركة ذراع الروبوت بحيث يمكنها الوصول إلى كل جزء من أحواض دورة المياه؟ وماذا لو كان للحوض حواف منحنية بشكل غير عادي؟ وما مقدار القوة التي يجب تطبيقها عند أي نقطة؟

ووفق الدراسة المنشورة ضمن أعمال المؤتمر الدولي حول «الروبوتات والأنظمة الذكية IROS 2024» الذى أقيم في مدينة أبوظبي الإماراتية، في الفترة من 14 - 18 أكتوبر (تشرين الأول) 2024، سيكون من المستهلك للوقت للغاية ترميز كل هذه الأشياء بدقة في قواعد بيانات ثابتة وصيغ رياضية محددة مسبقاً.

إسفنجة تنظيف مزودة بأجهزة استشعار (جامعة فيينا للتكنولوجيا)

تقدم للمؤتمر أكثر من 3500 ورقة بحثية، حصل ابتكار جامعة فيينا للتكنولوجيا على جائزة أفضل ورقة تطبيقية، كما تم التصويت عليه بوصفه واحداً من أفضل الابتكارات لهذا العام.

يقول الباحثون إنهم اتبعوا نهجاً مختلفاً؛ إذ يُظهر الإنسان للروبوت عدة مرات ما يجب أن يفعله. كما يتم استخدام إسفنجة معدة خصيصاً لتنظيف حافة الحوض. ومن خلال مراقبة الإنسان، يتعلم الروبوت كيفية التنظيف ويمكنه تطبيق هذه المعرفة بمرونة على أشياء ذات أشكال مختلفة.

يقول كريستيان هارتل نيسيك، رئيس مجموعة الروبوتات الصناعية في فريق أندرياس كوجي: «أردنا إيجاد طريقة للسماح للروبوت بالتعلم بطريقة مماثلة جداً للبشر».

ووفق الورقة البحثية، تم تطوير أداة تنظيف خاصة لهذا الغرض، إسفنجة تنظيف مزودة بأجهزة استشعار للقوة وعلامات تتبع للبشر من أجل تنظيف الحوض بشكل متكرر، وكما يوضح كريستيان هارتل نيسيك: «نولد كمية هائلة من البيانات من عدد قليل من العروض التوضيحية، التي تتم معالجتها بعد ذلك حتى يتعلم الروبوت ما يعنيه التنظيف المناسب».

أصبحت عملية التعلم هذه ممكنة بفضل استراتيجية معالجة البيانات المبتكرة التي طورها فريق البحث في جامعة فيينا. وهي تجمع بين العديد من التقنيات الموجودة في مجال التعلم الآلي: تتم معالجة بيانات القياس إحصائياً أولاً، ويتم استخدام النتائج لتدريب الشبكة العصبية على تعلم عناصر الحركة المحددة مسبقاً، ثم يتم التحكم في ذراع الروبوت بشكل مثالي لتنظيف السطح. تمكّن خوارزمية التعلم المبتكرة هذه الروبوت من تنظيف الحوض بالكامل أو الأشياء الأخرى ذات السطح المعقد بعد التدريب.

ويوضح طالب الدكتوراه كريستوف أونجر من مجموعة الروبوتات الصناعية: «يتعلم الروبوت أنه يجب عليه حمل الإسفنجة بشكل مختلف اعتماداً على شكل السطح، وأن عليه تطبيق قدر مختلف من القوة على منطقة منحنية بإحكام بدلاً من سطح مستوٍ».

وتطبق التكنولوجيا الجديدة أيضاً على العديد من العمليات، سواء صقل الأعمال الخشبية في النجارة، أو إصلاح وتلميع أضرار الطلاء على هياكل المركبات، أو لحام أجزاء الصفائح المعدنية في ورشات العمل المعدنية.

في المستقبل، يمكن وضع الروبوت على منصة متحركة لاستخدامه بوصفه مساعداً مفيداً في أي مكان في الورشة. ويمكن لهذه الروبوتات بعد ذلك مشاركة معرفتها مع الروبوتات الأخرى.

يقول أندرياس كوجي: «لنتخيل أن العديد من الورشات تستخدم روبوتات التعلم الذاتي هذه لصقل الأسطح أو طلائها... يمكن لهذه التكنولوجيا بعد ذلك السماح للروبوتات باكتساب الخبرة بشكل فردي باستخدام البيانات المتولدة لديها».