اسکلت بیرونی رباتیک کلید درک علم راه رفتن

اخیرا بررسی دقیق دینامیک گام برداشتن بسیار مورد توجه قرار گرفته است. همزمان با رشد استفاده از اسکلت بیرونی رباتیک در توانبخشی آسیب‌های نخاعی این سؤال پیش می‌آید که برای بهبود و درمان بهینه، ربات چه نیرویی را باید به پای بیمار اعمال کند. پژوهشگران دریافتند زمانی که ربات کاربران را مجبور می‌کند طول گام‌های خود را تغییر دهند، افراد راه رفتن خود را با این تغییر تنظیم می‌کنند اما در مورد تغییر ارتفاع گام‌ها این اتفاق نمی‌افتد! با مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

آموزش چگونه راه رفتن به کودکان نو پا دشوار است. و این حتی برای بزرگسالانی که در دوره بهبودی پس از سکته مغزی، آسیب‌های مغزی و یا سایر شرایط دوره نقاهت هستند و به ماه‌ها درمان فیزیکی فشرده نیاز دارند، دشوارتر هم می‌شود. با رونق اخیر صنعت اسکلت بیرونی رباتیک، بیشتر و بیشتر بیماران از این دستگاه‌ها برای اعمال نیرو به پاها هنگام راه رفتن استفاده می‌کنند. این تلنگری برای آنها است تا حرکات خود را با تنظیم طول گام‌ها، صاف نگه داشتن باسن و خم کردن زانو اصلاح کنند. اما آیا همه‌ی بیماران از این نوع درمان بهره می‌برند؟

گروهی از دانشمندان به رهبری Paolo Bonato، عضو هیئت علمی و دانشیار در مؤسسه ویس در دانشگاه هاروارد و مدیر آزمایشگاه تجزیه و تحلیل حرکت در بیمارستان توانبخشی Spaulding، یک نکته بسیار مهم برای اسکلت بیرونی توانبخشی کشف کردند: انسانی که اندام تحتانیش به یک ربات بالینی معمولی محدود شده است تنها زمانی گام‌های خود را اصلاح می‌کند که نیروهای اعمال شده‌ی ربات، ثبات گام‌ها را تهدید کند.

در پژوهشی که در جدیدترین شماره مجله Science Robotics منتشر شده است، پژوهشگران چگونه گام برداشتن افراد در پاسخ به نیروهای اعمال شده توسط یک پوشش محافظ بیرونی رباتیک هنگام راه رفتن بر روی تردمیل را بررسی کردند. در کمال تعجب این گروه، افراد گام خود را در پاسخ به تغییر در طول گام‌ها تنظیم کردند، نه ارتفاع، حتی زمانی که ارتفاع و طول همزمان مختل می‌شد. دانشمندان معتقدند که این نتیجه توسط روشی که سامانه عصبی مرکزی یک شخص (CNS) در پاسخ به تهدیدها دارد، قابل توضیح است. Giacomo Severini یکی از نویسندگان این مقاله می‌گوید: «بلند کردن پا بیشتر از متوسط ارتفاع گام‌ها، موجب نمی‌شود که شما تعادل کمتری داشته باشید، اما اگر پای خود را نزدیک‌تر یا دورتر از مرکز جرم خود قرار دهید موجب از دست دادن تعادل می‌شود. بنابراین بدن، خود را برای مقابله با این اختلال تنظیم می‌کند».

در واقع مغز تمایل به انطباق با بی‌ثباتی دارد و مقدار قابل توجهی از انرژی بدن را صرف انجام این کار می‌کند. دلیل اینکار احتمالاً عواقب ناشی از راه رفتن لرزان باشد: شکستن مچ پا، پاره شدن رباط و یا حتی سقوط از ارتفاع. این اولویت‌بندی ثبات بدان معنی است که جنبه‌های دیگر راه رفتن همچون ارتفاع گام از زمین یا زاویه انگشتان پا، ممکن است به درمانی فراتر از قدم زدن در یک پوشش محافظ بیرونی بالینی نیاز داشته باشد. Severini می‌گوید: «برای اصلاح ارتفاع گام شما باید نیروها را طوری طراحی کنید که با تغییر در ارتفاع، که مغز به طور معمول مسأله را طبیعی تفسیر می‌کند، تعادل بیمار به چالش کشیده شود».

به نظر می رسد مغز یک مدل داخلی از حرکت بدن بر اساس محیط، گام برداشتن عادی و پیش‌بینی هر مرحله ایجاد می‌کند. هنگامی که در واقعیت تفاوتی با این مدل بوجود آید (برای نمونه، اعمال نیرو) مغز طول گام را برای جبران این نیرو تنظیم و بدن مدل ذهنی را دوباره کالیبره می‌کند. Bonato، که دانشیار در دانشکده پزشکی هاروارد (HMS) نیز است، می‌گوید: «نتایج حاصل از مطالعه ما بینشی در مورد انطباق افراد با نیروهای خارجی حین راه رفتن ارائه می‌دهد، که برای ارزیابی بیماران و اینکه آیا به مداخلات ربات بالینی پاسخ خواهند داد یا نه مفید است».

Ross Zafonte رئیس گروه طب فیزیکی و توانبخشی در HMS می‌گوید: «نتایج این پژوهش از نقطه نظر بالینی بسیار مهم است. این به لطف پیشرفت درک ما از تعامل بین ربات‌ها و بیماران است که می‌توانیم ربات مؤثر در درمان گام برداشتن را طراحی کنیم».

Donald Ingber، استاد مهندسی زیستی در دانشگاه هاروارد می‌گوید: «با افزایش سن جمعیت، رباتیک نقش حیاتی و رو به رشدی در مراقبت و درمان بازی می‌کند. مطالعه چگونگی تعامل بدن انسان با ربات نه تنها می‌تواند به ما بیآموزد که چگونه ماشین آلات توانبخشی بالینی بهتری طراحی کنیم بلکه کمک می‌کند بفهمیم بدن انسان چگونه کار می‌کند».

منبع : مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی