فهم أطراف الذراع الاصطناعية: أنواعها وطريقة عملها وعيوبها
في الخيال العلمي تظهر الأطراف الاصطناعية كثيرًا، وغالبًا ما تُوصف بأنها أجهزة تفوق أذرعنا البيولوجية بكثير. غير أن هذا اعتقاد شائع خاطئ. فالأطراف الاصطناعية الموجودة في العالم الحقيقي اليوم بعيدة عن أن تكون بديلًا حقيقيًا للذراع. وهي في أغلب الأحيان أداة تخدم أفعالًا بسيطة.
قبل الحديث عما يمكن أن تفعله الأطراف الاصطناعية، وما الأنواع المتوفرة في السوق، وما الصعوبات التي تواجهها، من الضروري فهم أنواع البتر الموجودة: الأصابع، والكف، والساعد، والعضد. يحتاج كل نوع من البتر إلى طرف اصطناعي مناسب. وأسهل ما يمكن تعويضه هو فقدان الأصابع، أما بتر الساعد فيطرح مشكلات جدية.
لا تقتصر أسباب تركيب الطرف الاصطناعي على الحوادث وغيرها من الأحداث التي أدت إلى بتر الأطراف، بل قد تكون أيضًا طفرات خلقية تؤدي إلى تشوه جزء ما من الذراع. وتوجد اليوم ثلاثة أنواع رئيسية من الأطراف الاصطناعية:
- الشدّية (الميكانيكية)
- الكهروحيوية (تعتمد على عمل أجهزة استشعار كهروحيوية، وهي الأكثر تطورًا)
- التجميلية
يكمن معنى الأطراف التجميلية في اسمها، فهي فقط تجعل البتر أقل وضوحًا، ولا تقدم أي وظيفة. يستطيع المريض الذي يرتدي طرفًا تجميليًا في أحسن الأحوال أن يسند شيئًا ما، لكنه لا يستطيع القيام بأي من الأفعال اليومية الطبيعية.
الأطراف الميكانيكية
بدأت الأطراف الشدّية أو الميكانيكية بذراع فولاذية للألماني Götz von Berlichingen، وكان وظيفتها محدودة، لكنها كانت تسمح بإمساك الأشياء وربما الكتابة بالريشة. وكان يجب التحكم بالجهاز عبر زر موجود على ظهر الكف.
ومع بداية الثورة الصناعية، بدأت الأطراف الاصطناعية تتطور وتقترب من التقنيات الموجودة اليوم. فالطرف الميكانيكي هيكل يحوي عددًا من الأسلاك (الشدّات) التي تُثبَّت على أجزاء محددة من الطرف المتبقي. وبفعل الجهد تشد الأسلاك فيتحرك الطرف أو ينثني. وتناسب هذه الأطراف أي نوع من البتر، حتى في حالة فقدان الذراع بالكامل.
الأطراف الشدّية أنسب من الكهروحيوية في حالة بتر العضد، وذلك بسبب طبيعة أجهزة الاستشعار الكهروحيوية. يتكون الطرف لا من الهيكل والجوارب والكف فحسب، بل أيضًا من سلك يُثبَّت على الكتف السليمة، وبفضله يتم التحكم بالطرف (ثني الكف ومدّه). أما التحكم في منطقة المرفق فلا يكون ممكنًا إلا بواسطة الذراع السليمة، أو عبر دفع الطرف بالجذع.
المزايا الرئيسية للأطراف الشدّية:
- خلوها من الإلكترونيات (وهذا يخفض التكلفة ويزيد المتانة أمام التلف)
- إمكانية تركيبها في حالة بتر العضد
- كتلة أقل مقارنة بالكهروحيوية
غير أن لهذه الأطراف نمط قبض واحدًا فقط، ولذلك فهي مخصصة لوظيفة ضيقة، وهذا ليس مفيدًا دائمًا في الحياة اليومية.
الأطراف الكهروحيوية
مبدأ عمل الأطراف الكهروحيوية أكثر تعقيدًا، وكذلك الجهاز نفسه. يعتمد عمل هذه الأجهزة على قراءة الجهد الكهربائي للعضلات المتبقية. للتوضيح: تقرر تحريك يدك، فيُرسل نبض من الدماغ إلى النخاع الشوكي، ثم يصل إلى الأعصاب المرتبطة بألياف العضلات؛ تتضخم الإشارة وتتوزع على مجموعات محددة من ألياف العضلات؛ وقد يحرك العصب الواحد عدة خلايا عضلية.
في الذراع السليمة تصل الإشارة، على سبيل المثال، إلى الكف، فتقبض عليه. أما في الذراع المبتورة أسفل المرفق فتذهب الإشارة «إلى لا مكان»، أي تتبدد. ومع تركيب أجهزة استشعار خاصة تسجل الإشارة قبل أن تتبدد، يمكن الاستفادة منها بطريقة ما. ولا تحتاج أجهزة الاستشعار الكهروحيوية إلى زرعها في الذراع، فيكفي ارتداء الطرف الاصطناعي.
بعد تسجيل الإشارة تنتقل إلى المعالج حيث تتم معالجتها. ثم تُفعَّل المحركات السيرفو، فينفذ الطرف حركة ما. والمحركات السيرفو هي وحدات حركية صغيرة تستطيع استقبال الإشارة، ومقارنتها ببيانات البرنامج، وتنفيذ حركة معينة.
تتفوق هذه الأطراف على الميكانيكية في الإلكترونيات. فيمكن برمجة حركة المحركات السيرفو وتحديد أنواع كثيرة من القبض للطرف. فالطرق الشدّية لا تستطيع سوى قبض الذراع وفتحها، أما الكهروحيوية فتستطيع الإشارة بالإيماءات وتدوير المعصم وغير ذلك. ولها نطاق من أنماط القبض يتراوح بين 18 و22 نمطًا.
غير أن هذه الأنماط تحتاج إلى التبديل بينها. فلا يكفي أن يرغب الإنسان في تنفيذ حركة ما حتى ينفذها الطرف. فعمل الطرف مرتبط بأجهزة الاستشعار، ولا توجد لها صلة بالدماغ أو بالعمليات الذهنية. ويمكن التبديل بين الأنماط عبر شاشة أو زر على الطرف، أو عبر تطبيق على الهاتف. وكما هو الحال مع الطرف الميكانيكي، يجب شد جزء من العضلات باستمرار لتنفيذ القبضة، وهذا قد يسبب الإرهاق عند الاستخدام الطويل.
لن يتمكن الإنسان من التحكم بكل إصبع على حدة، لكن يمكنه تنفيذ الحركات التي كتبها المبرمجون في شيفرة المحركات السيرفو. يوجد نوع واحد من الأطراف يتيح التحكم بكل إصبع على حدة، وهو يعمل وفق مبدأ المسح الفوق صوتي للعضلات، لكنه ما زال نموذجًا أوليًا فريدًا.
البتر فوق الساعد والمستقبل
تكمن صعوبات البتر فوق الساعد في أنه لا يوجد هناك ما يمكن قراءة الإشارة منه. فالذراع غائبة تمامًا، ولذلك لا يوجد مكان لوضع أجهزة الاستشعار، لكن المهندسين وجدوا منفذين:
- تطوير شركة Ottobock المسمى DynamicArm. يُركَّب الجوارب في المكان الذي يفترض أن يوجد فيه العضد، فيقرأ الإشارة للتحكم. ويُعد ثني المرفق أحد أنماط القبض، كما يستقيم المرفق تلقائيًا عند الحمل.
- تطوير جامعة جونز هوبكنز. يفتقد المريض كلتا ذراعيه، والبتر فوق الساعد في الحالتين. وضع العلماء أجهزة الاستشعار على الصدر. والأطراف متحركة وتتمتع بمدى واسع من الحركات، لكنها محدودة في السرعة وسهولة التحكم، لأن التحكم بالذراعين عبر الصدر أمر صعب.
على الرغم من تقدم الأطراف الاصطناعية الحالية، ما زال أمام العالم الكثير ليتطور فيه. فالمرضى الذين فقدوا ذراعًا أو يعانون من بتر مزدوج يستطيعون إعادة التأهيل وتوسيع نطاق أنشطتهم بمساعدة الأطراف الاصطناعية. لكنهم ما زالوا مقيدين. ويمكن تحسين هذه النتائج عبر إعادة التأهيل العصبي للأطراف أو الشبكات العصبية مع زيادة عدد أجهزة الاستشعار الكهروحيوية.
تجدر الإشارة إلى أن سعر الأطراف الاصطناعية ما زال مرتفعًا، إذ يتراوح بين 20000 و100000 دولار أمريكي. وتحاول الشركات خفض التكلفة عبر الطباعة ثلاثية الأبعاد، لكن ذلك على الأرجح لن يكون ملحوظًا في المستقبل القريب. ما زال الخيال العلمي بعيدًا، لكن هذا القطاع من الروبوتات لا يتوقف عن التطور، ولذلك يمكن أن نأمل في معجزة في المستقبل.
