جلد مغناطيسي مرن يتيح حرية الحركة لمرضى الشلل الرباعي الحاد

باحثو «كاوست» يطورونه للتفاعل مع النظم الذكية

تجمع التقنية المساعدة بين النظارات الذكية  والأدوات الذكية والجلود المغناطيسية والكرسي المتحرك الذكي
تجمع التقنية المساعدة بين النظارات الذكية والأدوات الذكية والجلود المغناطيسية والكرسي المتحرك الذكي
TT

جلد مغناطيسي مرن يتيح حرية الحركة لمرضى الشلل الرباعي الحاد

تجمع التقنية المساعدة بين النظارات الذكية  والأدوات الذكية والجلود المغناطيسية والكرسي المتحرك الذكي
تجمع التقنية المساعدة بين النظارات الذكية والأدوات الذكية والجلود المغناطيسية والكرسي المتحرك الذكي

طور باحثون بجامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست) نظاماً تقنياً يستخدم جلداً مغناطيسياً مرناً وقابلاً للتنفس قد يتيح لمرضى الشلل الرباعي الحاد حرية الحركة.

تعبيرات الوجه
يعتمد النظام عالي التقنية على تعبيرات وجه المستخدم لإنجاز مجموعة متنوعة من المهام، بداية من التحرك في الشارع وحتى استخدام المصعد.
ورغم وجود مجموعة متنوعة من التقنيات المساعدة لمرضى الشلل الرباعي بالفعل، فإن أغلب هذه التقنيات لا تتناسب مع الحالات شديدة الإصابة، لأنها تعتمد على إمكانية تحريك المريض رأسه أو رقبته، وعليه تقتصر خياراتهم على استخدام الكاميرا، والتحكم في اللسان، والمساعد الصوتي وأنظمة الفحص العصبي. غير أن هذه التقنيات إما توفر للمريض نطاقاً محدوداً من الحركة وإما تكون غير متوافقة مع التطبيقات التي يحتاج إليها خارج المنزل، كما تتطلب بعض هذه التقنيات زرع شرائح داخل جسم المريض أو المتابعة الحثيثة للأنظمة طوال فترة الاستخدام.
يقول عبد الله المنصوري، طالب الدكتوراه في «كاوست»: «أغلب التقنيات الحالية لا تمنح الناس كثيراً من الحرية. أردنا تطوير حل يعمل داخل المنزل وخارجه على حد سواء، مما يتيح للمرضى حرية الحركة والتنقل بشكل مستقل».

نظم ذكية
يحتوي النظام المتكامل الجديد على جلود مغناطيسية، ونظارات ذكية، وكرسي متحرك ذكي، وأدوات ذكية تعتمد على تقنية البلوتوث اللاسلكية والاتصال بالأشعة تحت الحمراء. ويجري وضع أحد الأشكال المغناطيسية الثلاثة بين الحاجبين والآخرين على جانبي الأنف بهدف تتبع حركات الوجه، مثل تحريك الحاجبين لأعلى وأسفل، وتحريك الأنف يمنة ويسرة. وتتعقب مستشعرات المجال المغناطيسي الموجودة في النظارات الذكية هذه الحركات وتحولها إلى إشارات كهربائية ثم تنقلها إلى الوحدة الرئيسية للكرسي المتحرك.
تعالج هذه الوحدة تلك الإشارات وتحولها إلى أوامر تصدرها إلى الكرسي المتحرك أو الأداة الذكية، مثل تشغيل الأضواء، أو نقر زر الفأرة على جهاز الكومبيوتر. ويدعم النظام حالياً 13 إيماءة وجه مميزة.
من جهته، اختبر المنصوري وفريقه البحثي النظام التقني الجديد على ثلاثة مستخدمين أصحاء وسجلوا معدل نجاح مرتفعا. واستغرق المشاركون أقل من 15 دقيقة لتعلم كيفية استخدام النظام دون مساعدة، وبلغ الحد الأدنى للنجاح نسبة 93 في المائة.
ويقول المنصوري: «كنا نهدف إلى حل سهل وبسيط دون أن يكون من السهل تشغيله بالخطأ. يتعامل النظام بنفسه مع هذا التعقيد، لذلك لا يرتدي المستخدم سوى النظارات والجلد المغناطيسي للتحكم في محيطه».
وأكد البروفسور خالد سلامة، أستاذ الهندسة الكهربائية والحاسوبية في مركز أبحاث الأغشية والمواد المسامية المتقدمة في «كاوست» أن الجمع بين تقنية الاستشعار المتقدمة وتعلم الآلة سيؤدي إلى تحسين جودة المعيشة. مشيراً إلى أن «هذا المزيج لديه القدرة على تغيير قواعد اللعبة في عديد من التطبيقات».


مقالات ذات صلة

علماء ينتجون «نموذج جنين بشري» في المختبر

علوم النموذج تم تطويره باستخدام الخلايا الجذعية (أرشيف - رويترز)

علماء ينتجون «نموذج جنين بشري» في المختبر

أنتجت مجموعة من العلماء هيكلاً يشبه إلى حد كبير الجنين البشري، وذلك في المختبر، دون استخدام حيوانات منوية أو بويضات.

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم الهياكل الشبيهة بالأجنة البشرية تم إنشاؤها في المختبر باستخدام الخلايا الجذعية (أرشيف - رويترز)

علماء يطورون «نماذج أجنة بشرية» في المختبر

قال فريق من الباحثين في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة إنهم ابتكروا أول هياكل صناعية في العالم شبيهة بالأجنة البشرية باستخدام الخلايا الجذعية.

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم علماء يتمكنون من جمع حمض نووي بشري من الهواء والرمال والمياه

علماء يتمكنون من جمع حمض نووي بشري من الهواء والرمال والمياه

تمكنت مجموعة من العلماء من جمع وتحليل الحمض النووي البشري من الهواء في غرفة مزدحمة ومن آثار الأقدام على رمال الشواطئ ومياه المحيطات والأنهار.

«الشرق الأوسط» (نيويورك)
علوم صورة لنموذج يمثل إنسان «نياندرتال» معروضاً في «المتحف الوطني لعصور ما قبل التاريخ» بفرنسا (أ.ف.ب)

دراسة: شكل أنف البشر حالياً تأثر بجينات إنسان «نياندرتال»

أظهرت دراسة جديدة أن شكل أنف الإنسان الحديث قد يكون تأثر جزئياً بالجينات الموروثة من إنسان «نياندرتال».

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم دراسة تطرح نظرية جديدة بشأن كيفية نشأة القارات

دراسة تطرح نظرية جديدة بشأن كيفية نشأة القارات

توصلت دراسة جديدة إلى نظرية جديدة بشأن كيفية نشأة القارات على كوكب الأرض مشيرة إلى أن نظرية «تبلور العقيق المعدني» الشهيرة تعتبر تفسيراً بعيد الاحتمال للغاية.

«الشرق الأوسط» (لندن)

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني
TT

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

صمم نظام ذكاء اصطناعي جديد توربين رياح لأول مرة في التاريخ، وفقاً لمطوره.

نظام ذكاء هندسي ثوري

وأعلنت شركة «EvoPhase» البريطانية أن الذكاء الاصطناعي الخاص بها تخلى عن جميع القواعد الراسخة في هندسة مثل هذه الأجهزة. وبناءً على اختباراتها، فإن اختراعها أكثر كفاءة بسبع مرات من التصميمات الحالية.

تتكون «شفرة برمنغهام» The Birmingham Blade -كما تسمي الشركة التوربين- من ست أذرع موازية للأرض متصلة بمحور عمودي مركزي. وتحتوي كل ذراع على شفرة رأسية، وسطح به موجتان تغيران زاوية هجومهما عبر ارتفاعها وطولها.

لعمل مع سرعات رياح منخفضة

يتم تحسين توربينات الرياح التقليدية لسرعات رياح تبلغ نحو 33 قدماً في الثانية. في المقابل، تم تصميم «الشفرة» لسرعات الرياح المتوسطة المنخفضة النموذجية للمناطق الحضرية مثل برمنغهام، والتي تبلغ نحو 12 قدماً في الثانية. هذا يزيد قليلاً عن ثمانية أميال (13كلم تقريباً) في الساعة.

وتم تحسين التصميم للعمل بين المباني الشاهقة التي تنتج أنماط اضطراب تؤثر على فاعلية تصميمات التوربينات الحضرية الأخرى. وإذا ثبت أن هذا صحيح، فقد يفتح التصميم الباب أمام إنتاج كهرباء غير محدود في المباني المكتبية والسكنية بتكلفة تكاد تكون معدومة.

يقول ليونارد نيكوسان، كبير مسؤولي التكنولوجيا في الشركة، في بيان صحافي: «كان استخدام الذكاء الاصطناعي ضرورياً للتحرر من التحيزات طويلة الأمد التي أثرت على تصميمات التوربينات خلال القرن الماضي. سمح لنا الذكاء الاصطناعي باستكشاف إمكانيات التصميم خارج نطاق التجارب البشرية التقليدية».

وفقاً لنيكوسان، تمكن المصممون من «توليد واختبار وتحسين أكثر من 2000 تصميم لتوربينات الرياح في غضون أسابيع قليلة، ما أدى إلى تسريع عملية التطوير لدينا بشكل كبير وتحقيق ما كان يستغرق سنوات وملايين الجنيهات من خلال الطرق التقليدية».

سحر «التصميم التطوري»

«التصميم التطوري الموجه بالذكاء الاصطناعي» هو منهجية تقوم على نفس فكرة الانتقاء الطبيعي. تبدأ العملية بتوليد آلاف المتغيرات التصميمية التي يتم تقييمها وفقاً لوظيفة «البقاء للأفضل»، والتي تحدد مدى نجاح كل متغير في تلبية أهداف المشروع. ويختار الذكاء الاصطناعي أفضل البدائل لاستخدامها أساساً لتكرارات جديدة، وإعادة الجمع بين الميزات وتنويعها لتطوير إصدارات محسنة.

تتكرر هذه الخطوات حتى يصل الذكاء الاصطناعي إلى حل يحقق تحسين جميع العلامات المهمة مثل الكفاءة الديناميكية الهوائية، والاستقرار الهيكلي، والوزن، أو الاكتناز.

تقول الشركة إن عمليتها تتجنب التحيزات البشرية الموجودة في الهندسة التقليدية. بطبيعتها، تكون الهندسة التقليدية محدودة بالأفكار والمعرفة السابقة.

من ناحية أخرى، يستكشف الذكاء الاصطناعي مجموعة واسعة من الاحتمالات دون القيود في العقل البشري. عندما تجمع بين جيل الذكاء الاصطناعي والتكرار التطوري، يمكن أن يؤدي هذا إلى نتائج مبتكرة تتحدى غالباً الفطرة السليمة ولكنها لا تزال تعمل.

إن نهج التصميم التطوري هذا ليس جديداً تماماً، إذ استخدمت صناعة الطيران والفضاء برامج بهذه القدرات لسنوات. ومثلاً استخدمت شركة «إيرباص»، بالتعاون مع شركة «أوتوديسك»، عملية مماثلة لتصميم حاجز مقصورة خفيف الوزن للغاية لطائراتها من طراز A320وظهرت النتيجة مستوحاة من هياكل العظام الطبيعية، ما أدى إلى انخفاض الوزن بنسبة 45 في المائة مقارنة بالهياكل المماثلة المصممة بالطرق التقليدية.

كما طبقت شركة «جنرال إلكتريك» الخوارزميات التطورية في إعادة تصميم حامل محرك نفاث جديد، مما أدى إلى انخفاض وزن القطعة بنسبة 80 في المائة. وتستخدم وكالة «ناسا» أيضاً هذه التقنية منذ سنوات، ففي عام 2006 استخدمت الوكالة خوارزمية تطورية لتصميم «هوائي متطور».

نجاح توربين «برمنغهام بليد»

لقد طبق فريق المصممين بقيادة الدكتور كيت ويندوز - يول من جامعة برمنغهام هذه العملية التطورية لحل مشكلة تكافح العديد من تصميمات التوربينات لمعالجتها: كيفية العمل بكفاءة في البيئات الحضرية، حيث تكون الرياح أبطأ وأكثر اضطراباً بسبب المباني.

ويقول نيكوسان: «كنا بحاجة إلى توربين يمكنه التقاط سرعات الرياح المنخفضة نسبياً في برمنغهام مع إدارة الاضطرابات الناجمة عن المباني المحيطة. وكان لا بد أن يكون التصميم أيضاً مضغوطاً وخفيف الوزن ليناسب التركيبات على الأسطح».

* مجلة «فاست كومباني» خدمات «تريبيون ميديا»