باحثون من SNU يطورون بدلة خارجية لرفع الأثقال
قد تساعد الإنجازات الجديدة في مجال الروبوتات على توسيع حدود جسم الإنسان، لجعلنا أسرع أو أقوى. طوّر باحثون من مختبر البيوروبوتيات في جامعة سيول الوطنية (SNU) بدلة خارجية تصحح وضعية جسم الإنسان.
في مقالة حديثة لهم، وصفوا البدلة الخارجية Movement Reshaping (MR)، التي بدلاً من تعزيز أي جزء من جسم الإنسان، تتفاعل مع حركة مفصل واحد لتقفل أو تفتح حركة مفصل آخر. تعمل البدلة بشكل سلبي، دون بطاريات أو محرك.
على سبيل المثال، عند محاولة رفع شيء ثقيل من الأرض، يميل معظمنا إلى الانحناء من الخصر، وهي وضعية تسهم في الإصابة. يمنع جهاز SNU وضعية الانحناء ويساعد على تصحيحها إلى قرفصاء أكثر أماناً.
وجاء في المقالة: «النهج المعتاد لتصحيح وضعية الرفع، عبر تثبيت المفاصل الضعيفة بالتجبير، غير كافٍ لمنع إصابات الظهر الناتجة عن الرفع المتكرر. وبدلاً من ذلك، عند رفع أشياء صغيرة لكنها ثقيلة، يجب أن تتفاعل السلسلة الحركية بأكملها لتحقيق سلسلة من حركات القرفصاء والرفع».
«نسمي منهجيتنا «المعاوقة المتغيرة (المقاومة) المدعومة بطاقة الجسم»، لأنه يمكننا تغيير معاوقة مفصل واحد عبر تحريك مفصل آخر»
معظم الأجهزة المساعدة، مثل HeroWear لكارل زيليك، مصممة لتقليل إرهاق المستخدم، عبر توفير قوة إضافية وتقليل التدخل في حركاته الإرادية. في المقابل، يوجد MR Exosuit الذي يركز على تحويل حركات الرفع لدى المستخدم إلى وضعية قرفصاء آمنة، إلى جانب توفير قوة إضافية.
صُممت بدلة MR لتقليل إصابات العمال في المصانع والمستودعات الذين يؤدون أعمال رفع متكررة. كثير من الإصابات المرتبطة بالرفع لا تنجم عن إرهاق العضلات فحسب، بل أيضاً عن الوضعية الخاطئة أثناء هذا الفعل. الانحناء أسهل من القرفصاء، والناس بطبعهم يميلون إلى اختيار الاستراتيجية الأكثر راحة.
قال كيون كيم، أخصائي الطب التأهيلي من كلية الطب في SNU، الذي ساهم أيضاً في الدراسة: «بما أن العواقب الضارة لهذه الحركات المريحة وغير الآمنة تتطور ببطء، فإن الناس لا يدركون الخطر في الوقت المناسب، كما في حالة تنكس القرص».
طوّر الباحثون آلية تقفل ثني الورك عندما يحاول الشخص الانحناء، وتفتحه عندما يحاول القرفصاء.
«ربطنا أعلى الظهر بالقدم عبر بنية وتر فريدة تتكون من حبال كبح عمودية وشريط مطاطي أفقي. عندما يكون الورك مثنياً والركبة غير مثنية، ينتقل عزم ثني الورك إلى القدم عبر حبل الكبح، مما يولد مقاومة قوية للحركة. لكن إذا توسعت الركبتان جانبياً للقرفصاء، تتغير الزاوية بين الأوتار وينتقل عزم ثني الورك إلى دعم الشريط المطاطي»
اختُبر الجهاز على عشرة أشخاص استخدموا البدلة لأول مرة. غيّر تسعة من أصل عشرة مشاركين نمط حركتهم ليقترب من شكل القرفصاء داخل البدلة الخارجية. ووفقاً للباحثين، فهذا يعني تحسناً في متوسط مؤشر وضعية المشاركين بنسبة 35%. كما لاحظوا انخفاضاً في متوسط استهلاك المشاركين للطاقة الأيضية بنسبة 5,3%.
يعمل العلماء حالياً على تحسين MR Exosuit لاختباره في ظروف العمل الحقيقية. ومن المقرر أن تبدأ التجارب قريباً. وفي عام 2022 يعتزم الباحثون تسويق الجهاز، لكن لا يزال هناك ما يستدعي العمل عليه. تأكدت فعالية البدلة في المقالة، لكن التأثيرات طويلة الأمد للارتداء لم تتأكد بعد.
«في المستقبل نخطط لإجراء تجربة في مجالات مختلفة تتطلب تدريباً على وضعية الرفع، مثل البيئات الصناعية والصالات الرياضية ومراكز إعادة التأهيل»
يخطط المهندسون أيضاً لمزيد من البحث لتوسيع مبدأ المعاوقة المتغيرة المدعومة بطاقة الجسم ليشمل التطبيقات الرياضية. كثير من الرياضات التي يشارك فيها الجسم بأكمله، مثل الغولف والسباحة والجري، تتطلب تدريباً صحيحاً على الحركات لتعزيز السلامة والأداء.
تخطط فرقة الباحثين لتطوير ملابس رياضية للتدريب الحركي، مناسبة لمختلف الرياضات، باستخدام مواد ناعمة مثل الحبال والمطاط المرن. تُظهر دراسة SNU أن الأوتار الاصطناعية، التي تختلف بنيتها عن بنية الإنسان، يمكن أن تساعد الناس بفعالية عبر تغيير نمط حركتهم.
يمكن استخدام النسخة الحالية من البدلة الخارجية لمنع حركات الرفع غير المناسبة لدى المرضى الذين يعانون من سوء حالة العمود الفقري. يتوقع العلماء أن يؤدي تصميمهم إلى تغييرات في الأبحاث المستقبلية في مجال الروبوتات القابلة للارتداء. وقد أثبتوا أن الأجهزة القابلة للارتداء لا ينبغي أن تحاكي البنية التشريحية الأصلية للإنسان.
