اسکلت‌های رباتیکی که امید راه‌رفتن دوباره را زنده می‌کنند

به گزارش ایسنا، پروفسور «همایون کازرونی» (Homayoon Kazerooni)، استاد ایرانی مهندسی مکانیک در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی است و به عنوان مدیر آزمایشگاه رباتیک و مهندسی انسانی برکلی (Berkeley Robotics and Human Engineering Laboratory) موسوم به KAZ LAB نیز فعالیت می‌کند.

وی با بیش از 30 سال تجربه در حوزه مهندسی مکانیک، مدرک کارشناسی ارشد از دانشگاه ویسکانسین-مدیسن (UW–Madison) و مدرک دکتری از موسسه فناوری ماساچوست (MIT)، یک متخصص برجسته در زمینه رباتیک، اسکلت بیرونی، دستگاه‌های پزشکی، سیستم‌های انسان-ماشین، مهندسی زیستی، طراحی مکاترونیک و دستگاه های کمکی هوشمند به شماره میرود.

پروفسور کازرونی پیش از تحقیقات مشهور خود در حوزه اسکلت بیرونی اندام تحتانی، گروه خود را در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی هدایت کرد تا با موفقیت، سیستم‌های رباتیک را توسعه دهند که قدرت اندام فوقانی انسان را افزایش دهند.

نتایج این تلاش‌ها، ایجاد دسته‌ای از «دستگاه‌های کمکی هوشمند» (IAD) بود که در حال حاضر توسط شرکت‌های پیشرو در زمینه حمل مواد برای استفاده توسط کارخانه‌ها در مراکز تولید و کارخانه‌های سراسر جهان به بازار عرضه می‌شوند.

پژوهش‌های بعدی پروفسور کازرونی، بر روی سیستم‌های مختص انسان-ماشین اندام‌های تحت پوشش انسان‌ها هستند. پس از توسعه سه اسکلت بیرونی حامل بار شامل بلیکس (BLEEX)، اکسوهایکر (ExoHiker) و اکسوکلایمبر (ExoClimber)، گروه کازرونی در برکلی، اسکلت موسوم به HULC را ابداع کردند. این اولین اسکلت بیرونی اندام تحتانی با انرژی مستقل و یک ارتوز (Orthotics) است که به کاربر امکان می دهد تا وزن خود را به 200 پوند برساند (90 وزن) را برای مدت طولانی حمل کند، بدون اینکه تحت فشار قرار گیرد. ارتوز به وسایلی گفته می‌شود که با هدف اصلاح وضعیت اندام بدن طراحی شده‌اند.

پروفسور کازرونی، فناوری اندام تحتانی را برای کمک به توسعه بیماری‌هایی که دچار سکته مغزی می‌شوند، آسیب‌های نخاعی یا بیماری‌هایی هستند که می‌توانند از ویلچر ساخته شده استفاده کنند.

این اسکلتهای بیرونی پزشکی موسوم به اکسو (Ekso) و فونیکس (Phoenix) امکان راه رفتن، نشستن و صحبت کردن رو در رو در وضعیت عمودی را برای افرادی که فلج شده‌اند، می‌کنند. مجوز ساخت فناوری های اکسو و فونیکس، به شرکت های اسکو بایونیکس (Ekso Bionics) و سوتکس (suitX) داده شده است.

نگاهی به ابداعات تیم پروفسور کازرونی

بلیکس

اسکلت بیرونی اندام تحتانی برکلی (BLEEX)، یک دستگاه رباتیک است که به قسمت پایین بدن متصل می‌شود. هدف از ارائه این فناوری، تکمیل قدرت کاربر با افزودن نیروی اضافی به حرکات بدنی کاربر است. پروژه بلیکس در سال 2000 توسط سازمان پروژه های پژوهشی پیشرفته دفاعی آمریکا موسوم به دارپا (DARPA) پایه‌گذاری و خدمات مالی شد و توسط آزمایشگاه رباتیک و مهندسی انسانی برکلی توسعه یافت. دارپا در سال ۲۰۰۱ میلادی ۵۰ میلیون دلار سرمایه اولیه این پروژه را تامین کرد.

بلیکس دارای چهار فعال هیدرولیکی است که در لگن، یکی در زانو و دیگری در مچ پا قرار می‌گیرند. این فناوری از نظر انرژی مستقل است. به این معنی که یک منبع تغذیه را روی برد خود دارد.

سیستم اسکلت بیرونی برکلی، حمل بارهای کمک بزرگ، تجهیزات نجات، اولیه، تجهیزات ارتباطی و تسلیحات را برای سربازان، کارکنان امداد، آتش‌نشانان و سایر پرسنل اضطراری، با تلاش برای هر نوع زمین در بلندمدت فراهم می‌کند. چشم انداز بلیکس این است که یک پلتفرم حمل‌ونقل همه‌کاره را برای تجهیزات حیاتی ماموریت می‌کند.

هدف اصلی پروژه بلیکس در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، ایجاد یک اسکلت بیرونی با تامین نیروی مورد نظر، برای افزایش قدرت و استقامت انسان است که از نظر مکانیکی قوی، سبک‌وزن و بادوام باشد.

اولین نمونه اولیه اسکلت بیرونی آزمایشی از دو پایه قوی، یک واحد نیرو و یک قاب کوله‌مانند تشکیل شد که انواع بارها را می‌توان روی آن سوار کرد. این دستگاه به یک پایلوت در قسمت پا متصل می‌شود و برای جلوگیری از سایش، در بخش‌های دیگر سازگارتر است.

اسکلت بیرونی به کاربر امکان می‌دهد که به راحتی چمباتمه بزند، خم شود، از یک طرف دیگر بچرخد، بپیچد، راه برود، در شیب‌های صعودی و نازولی بدود و در حین حمل وسایل و لوازم از زیر عبور کند. کاربر با پوشیدن اسکلت بیرونی می‌تواند بارهای قابل توجهی را در فواصل بسیاری بدون کاهش چابکی خود حمل کند و در نتیجه، کارآیی نشان دهد که به میزان قابل توجهی افزایش می‌یابد.

به منظور پرداختن به مسائل مربوط به استحکام میدانی و قابلیت اطمینان، این سیستم به گونه‌ای طراحی می‌شود که در صورت عدم دستیابی به دستگاه در مشکلاتی مانند آسیب سوختگی، تأثیر پایه‌های اسکلت بیرونی را می‌توان تا دستگاه به یک کوله‌پشتی استاندارد تبدیل کرد. .

اکسوهایکر

اکسوهایکر، دستگاهی است که برای حمل بارهای سنگین در طول ماموریت‌های طراحی شده است. این دستگاه، واحد برق، باتری و رایانه داخلی را در بر دارد. همچنین، اکسوهایکر به یک نمایشگر LCD دستی کوچک مجهز است.

اکسوهایکر بدون نیاز به پنل خورشیدی، ۴۲ مایل (۶۷ کیلومتر) به ازای یک پوند (۰.۴۵ وزن) باتری و با سرعت متوسط ​​۲.۵ مایل (۴ کیلومتر) در ساعت کار می‌کند، اما با افزودن یک پنل خورشیدی کوچک، زمان. ماموریت آن نامحدود خواهد بود.

به عنوان، با توجه به فناوری بی‌سابقه فعال‌سازی و نیرورسانی، یک باتری با وزن 1.2 پوند (0.5 وزن) برای تامین انرژی این اسکلت بیرونی کافی است تا حداکثر ۶۸ وزن (۱۵۰ پوند) را به مدت ۲۱ ساعت حمل کنید. کند. با وجود این، کاربر هیچ باری را روی آنها احساس نمی‌کند.

ویژگی‌های شاخص‌های اکسوهایکر، پایه‌های جمع‌شونده، خروج اضطراری سریع از کوله پشتی یا اسکلت بیرونی و رانندگی بدون رانندگی وسایل نقلیه در حین پوشیدن آن هستند. ساخت اکسوهایکر در فوریه سال ۲۰۰۵ به پایان رسید.

اکسوکلایمبر

اکسوکلایمبر طوری طراحی شده است که امکان بالا رفتن سریع از پله‌ها و شیب‌های تند را فراهم می‌کند، اما همان قابلیت حمل بار بلندمدت اکسوهایکر را می‌دهد. محدوده ماموریت اوکلایمبر، بالااکس تا حداقل ۶۰۰ فوت (۱۸۲ متر) به ازای هر پوند (۰.۴ وزن) باتری در حالی است که یک محموله ۱۵۰ پوندی (۶۸ بخاری) حمل می‌شود.

برای مثال، ساختمان امپایر استیت (Empire State Building) حدود ۳۸۰ متر ارتفاع دارد و برای حمل یک محموله ۶۸ زمینی به بالای آن، به یک باتری ۰.۹ نیازی نیاز دارد.

یکی دیگر از منابع انرژی اختیاری اکسوکلایمبر، یک پیل سوختی کوچک است. همچنین، اکسوکلایمبر یک نمایشگر LCD دستی کوچک دارد. از ویژگی‌های شاخص اکسوکلایمبر می‌توان به پایه‌های جمع‌آوری شد، خروج اضطراری سریع از کوله‌پشتی یا اسکلت بیرونی اشاره کرد.

HULC

فناوری HULC، یک اسکلت بیرونی رباتیک است که توسط شرکت لاکهید مارتین برای سربازان پیاده ساخته شده است. این اسکلت با هیدرولیکی خود به سربازان امکان می‌دهد تا بارهای سنگین را با کمترین فشار روی بدن خود حمل کنند.

انتظار می‌رود که این سیستم آسیب‌های اسکلتی-عضلانی را که در سربازان به دلیل بلند کردن بارهای سنگین رخ می‌دهد، کاهش می‌دهد. سربازان با کمک HULC قادر خواهند بود تا وزن ۲۰۰ پوند (۹۰ وزن) را با تلاش نسبتاً کمی تحمل کنند.

بار از طریق کفش‌های اسکلت بیرونی به زمین منتقل می‌شود. این طراحی تضمین می‌کند که وزن به بدن سرباز منتقل نمی‌شود و حرکت او را مختل نمی‌کند. این اسکلت بیرونی برای استفاده در هر زمینی مناسب است.

شرکت لاکهید مارتین در سال ۲۰۰۹ میلادی، مجوز ساخت اسکلت بیرونی HULC را دریافت کرد. این شرکت سعی دارد توسعه طراحی HULC را پیش برد تا مزیت به دست آوردن قدرت در عملیات زمینی را برای سربازان ارائه کند. همچنین، لاکهید مارتین در حال تحقیق در مورد طرح‌های اسکلت بیرونی برای پشتیبانی از مصارف صنعتی و پزشکی است.

اسکلت بیرونی HULC به هیچ مکانیزم کنترل بیرونی نیاز ندارد زیرا توسط یک ریزرایانه نصب‌شده در سیستم کنترل می‌شود. رایانه، HULC را قادر می‌سازد تا نیاز کاربر را احساس کند و بر اساس آن با شرایط سازگار شود. کل این سیستم را می‌توان در ۳۰ ثانیه برداشت و بسته‌بندی کرد. زمانی که فرد در خطر است و نیاز به تحرک بیشتر برای فرار از دشمن دارد، می‌توان اجزای مدولار سیستم را تعویض کرد.

پروفسور کازرونی علاوه بر تدریس و تجربه پژوهشی در دانشگاه، کارآفرینی‌هایی نیز دارد. وی در سال 5، شرکت اکسو بایونیکس (Exo Bionics) را ۲۰۰۴ کرد که در سال ۲۰۱۴ به یک شرکت عمومی تبدیل شد و اکنون اسکلت بیرونی ایکسو را به تعداد زیادی از مراکز توانبخشی در سراسر جهان می‌کند.

کابری بعدها شرکت suitX را می‌کند که با بودجه دولتی تامین می‌شود و اسکلت‌های بیرونی صنعتی و پزشکی را می‌دهد. شرکت سوتکس توسط شرکت آلمانی اوتوبوک (Ottobock) خریداری شد که بزرگترین شرکت تجهیزات پزشکی اروپا در سال ۲۰۲۱ بود.

پروفسور کازرونی جوایز از جمله جایزه نوآوری فنی مجله دیسکاور (Discover Magazine’s Technological Innovation Award) و جایزه برجسته ASME Investigator Award را به دست آورده است. تحقیقات این دانشمند ایرانی به عنوان خلاق‌ترین فناوری‌های سال در مجله نیویورک تایمز شناخته شدند.

پروفسور کازرونی در نقش‌های گوناگونی به جامعه مهندسی مکانیک خدمت کرده است و به ویژه سردبیر دو مجله ASME Journal of Dynamics Systems and Control و IEEE Transaction on Mechatronics بود.

این دانشمند برجسته، یک مرجع شناخته شده در زمینه رباتیک به شماره می‌رود و تا امروز بیش از 20 مقاله منتشر کرده است، بیش از 100 سخنرانی عمومی در سطح بین‌المللی داشته و مخترع بیش از 000 حق ثبت شده است.

منابع:

berkeley.edu

trends.directindustry.com

emerald.com

انتهای پیام