هياكل روبوتية خارجية في ميدان الطب والرياضة

هياكل روبوتية خارجية في ميدان الطب والرياضة

تُوظف لتحسين القدرة على حركة المصابين بالشلل والعدائين
الاثنين - 27 صفر 1443 هـ - 04 أكتوبر 2021 مـ رقم العدد [ 15651]

هل يصبح الهيكل الروبوتي الخارجي القابل للارتداء أداة شائعة في المستقبل؟ تشير دراسات حديثة عدة استكشفت تأثيرات الهياكل الروبوتية الخارجية إلى أن الأشخاص الذين يسيرون ببطء أو يترددون في ممارسة الجري والمشي قد يتمكنون قريباً من ارتداء هيكلٍ روبوتي خارجي (exoskeleton) خفيف الوزن، مصمم للجزء السفلي من الجسم لزيادة سرعتهم وسهولة حركتهم.


هياكل روبوتية
توضح هذه الدراسات أن الهيكل الروبوتي الخارجي يُجمع عادة باستخدام المحركات والأسلاك والأربطة والنوابض ببراعة عالية لتعزيز قدرته على تحمل حصة وازنة من الجهد في أثناء السير أو الجري؛ أي للسماح للبشر بالتحرك أكثر وأسرع، وربما تمكين هذه الهياكل من حصاد الطاقة من حركتها بكميات تكفي لشحن هاتف محمول.
ولكن أحدث الأبحاث المتعلقة بهذه الهياكل الروبوتية تثير أيضاً أسئلة مستفزة حول هدف الناس من ممارسة الرياضة، أو ما إذا كان تسهيل ممارستها سيؤدي إلى زيادة فوائدها أيضاً.
وشكلت الهياكل الروبوتية الخارجية مادة دسمة وأساسية في الخيال العلمي لسنوات طويلة، وأتاحت صناعة جنود ورجال شرطة ورجال عاديين وشخصيات دافعها الانتقام قادرين على التفوق على خصومهم لناحية التسليح والحركة الجسدية وحتى أمد الحياة. وتميل روبوتات الهياكل الخارجية في هذه القصص إلى الظهور بتصميم مدرع عصري غير قابل للتدمير يغطي كامل الجسم.
ولكن الهياكل الروبوتية الخارجية الحقيقية التي لا تزال قيد التطوير في معظم المختبرات لا تشبه نسخ الأفلام بشيء، إذ تغلف بعض الروبوتات العصرية الجزء الأكبر من الجسم بهدف مساعدة الناس المصابين بالشلل جراء مرضٍ ما أو إصابة في العمود الفقري على الوقوف والسير. ولكن معظم هذه الأجهزة تأتي بتركيبة مختصرة؛ أي بتركيز على الرجلين أو على القسم العلوي من الجسم. وبعضها يضم محركات، وبعضها الآخر ينتج طاقته ذاتياً بواسطة النوابض، بينما يُصنع النوع الذي يُعرف بالبدلة الروبوتية من مواد طرية قابلة للطي تشبه القماش. ولكن الأكيد أن جميع هذه الأنواع مطورة بهدف تأمين الدعم للعضلات والمفاصل.
وتستخدم بعض منشآت إعادة التأهيل الهياكل الروبوتية الخارجية المخصصة للقسم السفلي من الجسم والبدلة الروبوتية لتحسين القدرة على السير لدى المرضى المصابين بجلطات دماغية وكبار السن والشباب المصابين بالشلل وغيرها من الإعاقات.


روبوتات العدائين
ولكن لعل العلم الأكثر إرباكاً وإثارة للحيرة اليوم هو ذلك الذي يسعى لتطوير هياكل روبوتية خارجية للشباب والأصحاء. وفي هذا المجال البحثي، يعمل العلماء على تطوير هياكل خارجية لتقليل استهلاك الطاقة خلال الجري والمشي، وتخفيف التعب الناتج عن هذه النشاطات، بالإضافة إلى زيادة فاعليتها ومتعتها الجسدية.
وتبدو النتائج الظاهرة حتى اليوم واعدة في هذا المجال. ففي سلسلة من الأبحاث التي أجريت العام الماضي في مختبر الميكاترونيك الحيوية التابع لجامعة ستانفورد (بتمويل من شركة نايكي)، وجد الباحثون أن طلاباً جامعيين نجحوا في الجري بفاعلية أكبر بـ15 في المائة على آلة الجري عند ارتدائهم لنسخة تجريبية من هيكل روبوتي خارجي مصمم للقسم السفلي من الرجلين.
ويضم هذا الهيكل الروبوتي إطاراً خفيف الوزن مربوطاً حول ساقي وكاحلي العداء يستمد طاقته من محرك، بالإضافة إلى شرائط من ألياف الكربون مدمجة في أربطة الحذاء. وتعمل هذه العناصر مجتمعة على تقليل مقدار القوة التي تحتاج رجلا العدائين إلى إنتاجها للاندفاع إلى الأمام. ويقدر الباحثون المشاركون في الدراسة أن هذه الأجهزة قد تتيح لمرتديها الجري بسرعة أكبر بـ10 في المائة من سرعتهم الطبيعية على الطرقات والمسارات في عالمنا الحقيقي.
وفي دراسة أجراها مختبر ستانفورد، ونشرها في أبريل (نيسان) الفائت، تبين أن جهازاً بتعديلات طفيفة نجح في زيادة سرعة متطوعين شباب في أثناء السير، حتى أن متوسط سرعة المشاركين في الدراسة زاد بنسبة 40 في المائة عندما ارتدوا هيكلاً روبوتياً تجريبياً يعمل بمصدر للطاقة، بينما استهلكوا طاقة أقل بنسبة 2 في المائة.
وفي الأصل، يمكن تشبيه تقنية الهياكل الروبوتية بـ«الدراجات الكهربائية»، ولكن تستخدم للسير وليس للتدويس، بحسب ما شرح ستيفن كولينز، أستاذ الهندسة الميكانيكية في جامعة ستانفورد الباحث الرئيسي في الدراسات الجديدة في هذا المجال. ويمكن لهذه الأجهزة، في حال تقليل الجهد المطلوب للحركة، أن تشجعنا على زيادة حركتنا، وربما الذهاب في مشاويرنا سيراً على الأقدام، والتسكع أو السير مع شركاء أو أصدقاء أسرع منا، والوصول إلى أماكن قد تبدو وعرة أو بعيدة جداً.


توليد الطاقة
ويمكن لهذه الهياكل الروبوتية أن تتيح أيضاً لعضلاتنا تزويد هواتفنا بالطاقة، بحسب نتائج واحدة من أحدث الدراسات في هذا المجال. وفي تلك التجربة التي نشرت في دورية «ساينس» في مايو (أيار) الماضي، ارتدى متطوعون صغار في السن أصحاء من جامعة كوينزفي كينغستون، أونتاريو، هيكلاً روبوتياً يضم حقيبة ظهر تحتوي على مولدٍ صغير متصل بأسلاك موصولة بالكاحلين. وقد سار المتطوعون لمدة عشر دقائق، وفي الوقت نفسه، كان الجهاز يستمد بعضاً من الطاقة الميكانيكية التي ولدتها عضلات الرجلين، وينقلها إلى المولد الذي يحولها بدوره إلى قدرة «ربع واط» من الطاقة (تتطلب معظم الهواتف المحمولة أكثر من واط واحد لشحن بطاريتها). وفي الوقت عينه، قلل الهيكل الروبوتي الجهد الجسدي المطلوب في كل خطوة بنحو 2.5 في المائة. قال مايكل شيبيرتيكي، الباحث الرئيسي في الدراسة الحائز حديثاً على شهادة دكتوراه من جامعة كوينز: «نتخيل جهازنا يعمل مصدر طاقة فعالاً لتزويد أجهزة إلكترونية صغيرة بالطاقة، ما سيجعله أداة ضرورية للنزهات البعيدة عن الكهرباء في الطبيعة، أو خلال مهام إطفاء النيران في الغابات، أو حتى خلال السير في المكتب».
ولم تتوفر أي من الهياكل الروبوتية المطورة لتحسين الجري والمشي خارج المختبرات بعد، على الرغم من أن الباحثين يتوقعون تغير هذا الأمر قريباً. وقال غريغوري ساويكي، الأستاذ الذي يدير مختبر «الفيزيولوجيا البشرية للأجهزة الروبوتية القابلة للارتداء» في جامعة جورجيا تيك، أتلانتا: «أنا واثقٌ أن البدلات الروبوتية المصممة لتحسين الحركة ستكون متوفرة للاستخدام التجاري خلال السنوات العشر المقبلة».
ولكن لم يتضح حتى اليوم ما إذا كانت هذه الهياكل الروبوتية غير الطبية ستتوفر بأسعار مدروسة أو بتصاميم مريحة عصرية بدرجة تتيح لجميع الناس ارتدائها. والأهم، ما زلنا لا ندري ما إذا كانت هذه الأجهزة التي ستعمل على تقليل الجهد المطلوب في الحركة الجسدية ستساهم في تقليل المكاسب الصحية الناتجة عن ممارسة الرياضة أيضاً. ويعد كولينز أن «هذا الأمر مثير للقلق، ولكن نأمل في أن يسعى الناس إلى السير والجري أكثر، وأن تساهم هذه الأجهزة في مراكمة معدلات أكبر من النشاط مع الوقت. إن هدفنا الرئيسي من هذه الأبحاث وغيرها في هذا المجال هو ضمان أن الأشخاص الذين يسعون للوقوف والحركة سيتمكنون من تحقيق مبتغاهم».
* خدمة «نيويورك تايمز»


Technology

اختيارات المحرر

فيديو