هياكل روبوتية خارجية في ميدان الطب والرياضة

تُوظف لتحسين القدرة على حركة المصابين بالشلل والعدائين

هياكل روبوتية خارجية في ميدان الطب والرياضة
TT

هياكل روبوتية خارجية في ميدان الطب والرياضة

هياكل روبوتية خارجية في ميدان الطب والرياضة

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»


مقالات ذات صلة

بدء تطبيق المرحلة الإلزامية الأولى لتوحيد منافذ الشحن في السعودية

الاقتصاد مقر هيئة الاتصالات والفضاء والتقنية في الرياض (الموقع الإلكتروني)

بدء تطبيق المرحلة الإلزامية الأولى لتوحيد منافذ الشحن في السعودية

بدأ تطبيق المرحلة الإلزامية الأولى لتوحيد منافذ الشحن للهواتف المتنقلة والأجهزة الإلكترونية في السوق، لتكون من نوع «USB Type - C».

«الشرق الأوسط» (الرياض)
الاقتصاد جانب من اجتماع خلال منتدى حوكمة الإنترنت الذي عقد مؤخراً بالعاصمة الرياض (الشرق الأوسط)

تقرير دولي: منظومات ذكية ومجتمعات ممكّنة تشكل مستقبل الاقتصاد الرقمي

كشف تقرير دولي عن عدد من التحديات التي قد تواجه الاقتصاد الرقمي في العام المقبل 2025، والتي تتضمن الابتكار الأخلاقي، والوصول العادل إلى التكنولوجيا، والفجوة…

«الشرق الأوسط» (الرياض)
تكنولوجيا تتميز سمكة «موبولا راي» بهيكلها العظمي الغضروفي وأجنحتها الضخمة ما يسمح لها بالانزلاق بسهولة في الماء (أدوبي)

سمكة تلهم باحثين لتطوير نموذج مرشّح مياه صناعي!

طريقة تغذية سمكة «موبولا راي» تدفع باحثي معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا لتطوير أنظمة ترشيح فعالة.

نسيم رمضان (لندن)
تكنولوجيا تعمل استراتيجيات مثل الأمن متعدد الطبقات واستخبارات التهديدات المتقدمة على تعزيز دفاعات الشركات السعودية (شاترستوك)

السعودية تسجل 44 % انخفاضاً في الهجمات الإلكترونية حتى نوفمبر مقارنة بـ2023

تواجه السعودية التحديات السيبرانية باستراتيجيات متقدمة مع معالجة حماية البيانات وأمن السحابة وفجوات مواهب الأمن السيبراني.

نسيم رمضان (لندن)
خاص تتضمن الاتجاهات الرئيسة لعام 2025 الاستعداد الكمومي وممارسات الأمن السيبراني الخضراء والامتثال (شاترستوك)

خاص كيف يعيد الذكاء الاصطناعي والحوسبة الكمومية تشكيل الأمن السيبراني في 2025؟

«بالو ألتو نتوركس» تشرح لـ«الشرق الأوسط» تأثير المنصات الموحدة والذكاء الاصطناعي والحوسبة الكمومية على مستقبل الأمن السيبراني.

نسيم رمضان (لندن)

المستقبل الغريب للحوم المستزرعة في المختبر

المستقبل الغريب للحوم المستزرعة في المختبر
TT

المستقبل الغريب للحوم المستزرعة في المختبر

المستقبل الغريب للحوم المستزرعة في المختبر

تلتمع «بارفيه» السمّان (وهي لحم مسحون لطير السمّان) على صحني، مقترنة بقرص من الذرة المقلية. وللوهلة الأول، يبدو هذا كنوع من طعام العشاء الفاخر الذي ستجده في العديد من المطاعم الراقية: عجينة غنية وردية مغطاة بالفلفل المخلل، وزهرة صالحة للأكل، ولمحة من الكوتيجا (الجبن المكسيكي المعتّق).

لحم طير مختبري

ولكن العرض التقليدي لهذا اللحم يحجب حقيقة أعمق، فهذه الوجبة غير تقليدية، بل وراديكالية. ومن بعض النواحي، تختلف عن أي شيء شهده العالم في أي وقت مضى.

لم تُصنع عجينة اللحم الموجودة على طبقي بالطريقة التقليدية مع كبد الإوزّ. لقد تمت زراعة اللحم من خلايا النسيج الضام لجنين السمان الياباني الذي تم حصاده منذ سنوات، وتم تحفيزه وراثياً على التكاثر إلى الأبد في المختبر. وقد قُدم لي هذا الطبق في فعالية «أسبوع المناخ» في نيويورك من قبل جو تيرنر، المدير المالي في شركة «فاو» الأسترالية الناشئة للتكنولوجيا الحيوية.

إن تسمية السمان «اللحم المستزرع في المختبرات» تعد تسمية خاطئة. فهذه النسخة الشبيهة بالهلام من السمان كانت تُزرع في مصنع حقيقي للحوم الخلوية، وهو الأول والأكبر من نوعه. وعلى وجه التحديد زرعت في خزان طوله 30 قدماً، وسعته 15 ألف لتر في مصنع «فاو» في سيدني، حيث، حتى كتابة هذه السطور، يمكن للشركة إنتاج 2000 رطل (الرطل 152 غراماً تقريباً) من السمان كل شهر.

وهذه كمية ضئيلة مقارنة بالكميات المتوفرة في مرافق اللحوم التقليدية، لكنها تمثل خطوة كبيرة إلى الأمام بالنسبة إلى التكنولوجيا التي - على مدى العقد الماضي - أسست سمعتها بالكامل تقريباً على تقديم قطع صغيرة شهية في جلسات التذوق الصحفية الفردية.

نجاحات وإخفاقات

وقد بدأت «فاو» للتو أعمالها هذه مع ما يقرب من 50 مليون دولار من تمويل شركات أخرى مثل «بلاكبيرد فينشرز»، و«بروسبيرتي 7»، و«تويوتا فينشرز» (التي رعت فاعلية أسبوع المناخ). وقامت الشركة حديثاً بتركيب مفاعل بيولوجي كبير آخر سعته 20 ألف لتر هذه المرة، أكبر بنسبة 33 في المائة من الأول. ومع تشغيل المفاعلين على الإنترنت، تُقدر الشركة أنها سوف تنتج قريباً 100 طن من السمان المستزرع كل عام.

قد يبدو كل ذلك متناقضاً مع التقارير السابقة، إذ وصف مقال استقصائي نشرته أخيرا صحيفة «نيويورك تايمز» كيف أن قطاع اللحوم المستزرعة الناشئ قد خرج عن مساره بسبب العقبات الاقتصادية والتقنية، رغم سنوات من الضجيج، وسلسلة من الموافقات التنظيمية البارزة، و3 مليارات دولار من الاستثمار.

جمعت شركة «أب سايد فودز»، ومقرها في بيركلي، بولاية كاليفورنيا، أكثر من 600 مليون دولار لتقييم نموذج لشريحة دجاج تبين أنها يمكنها أن تصنعه يدوياً فقط في أنابيب اختبار صغيرة، في حين أن محاولة شركة «إيت جاست»، ومقرها في كاليفورنيا لبناء مصنع للحوم أكبر 50 مرة من مصنع «فاو» انتهت بدعاوى قضائية ومشاكل مالية والقليل للغاية من الدجاج المستزرع.

وقد وعدت الجهات الداعمة لهذا القطاع بمحاكاة اللحوم التي نشأنا على تناولها، اللحم البقري والدجاج، من دون المعاناة التي تعرضت لها الحيوانات والطيور، ومن دون انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري. ولكن اليوم لم يعد هناك أي منتج متاح إلا بالكاد في هذه الصناعة. لقد حان الوقت، كما كتبتُ، للاعتراف بحقيقة أن هذا الحلم قد مات.

تطويرات غير مألوفة

كيف تستعد شركة «فاو» لشحن المنتجات بكميات كبيرة؟ بالتخلي عن المألوف واعتماد غير المألوف. إذ وبدلاً من محاولة إنتاج قطع الدجاج الصغيرة والبرغر، ركزت «فاو» على ما يمكن أن تقدمه الخزانات الفولاذية الكبيرة المليئة بالخلايا بشكل موثوق به في المدى القصير: منتجات غريبة ومميزة مخصصة لسوق السلع الفاخرة، وهي فئة جديدة من الأطعمة التي يسميها جورج بيبو الرئيس التنفيذي لشركة «فاو»: «اللحوم الغريبة».

اللحوم الغريبة هي انحراف عمّا وعدت به صناعة اللحوم الخلوية بالأساس. سيكون الأمر مكلفاً، في البداية. ابتداء من نوفمبر (تشرين الثاني)، كانت شركة «فاو» تبيع بارفيه السمان لأربعة مطاعم في سنغافورة مقابل 100 دولار للرطل. وسوف تتميز هذه اللحوم بمذاق وقوام غير موجودين في الطبيعة. وسوف تُصنع من الحيوانات التي لم يعتد الناس أكلها. فكروا في التمساح، والطاووس، وطائر الغنم، وغيرها. في العام الماضي، تصدرت «فاو» عناوين الأخبار العالمية بعد «كرات اللحم الضخمة» - وهي نموذج أولي ضخم وفريد مختلط مع خلايا الفيل والحمض النووي لحيوان الماموث الصوفي - مما أدى إلى ظهور مقطع ذائع الانتشار في برنامج «العرض الأخير» مع ستيفن كولبرت. في نهاية المطاف، تأمل «فاو» في أن يمنحها إنشاء سوق فاخرة قوية للحوم الغريبة الفرصة لخفض التكاليف تدريجياً من خلال مواصلة البحث والتطوير، رغم أنها سوف تحتاج أولاً إلى تطبيع فكرة تناول الأنواع غير التقليدية.

غرائب الأطباق

عندما أنظر إلى طبق بارفيه السمان خاصتي، يدهشني أنني لم أتناول السمان من قبل. أتناول قضمة، ويكون الطعم خفيفاً ومليئاً مثل الزبدة المخفوقة، مع ملاحظات بطعم معدني دقيق أقرنه بالكبد. إنها تمثل بداية عصر جديد غامض، عصر ستكون فيه اللحوم المستزرعة متوافرة أخيراً، ولكن ليس بالطريقة التي يتوقعها أي شخص.

* مجلة «فاست كومباني»

ـ خدمات «تريبيون ميديا»