تطوير تقنية جديدة للتحكم في الساق الاصطناعية الروبوتية

نجح فريق من الباحثين في تطوير تقنية جديدة يمكن من خلالها التحكم بشكل أفضل في الساق الاصطناعية الروبوتية.

في التفاصيل، نجح فريق بحث بقيادة البروفيسور سانج هون لي، في قسم هندسة الروبوتات والميكاترونكس بمعهد دايجو جيونجبوك للعلوم والتكنولوجيا، في تطوير مستشعر تخطيط كهربية السطح غير المحسوس (sEMG).

التحكم في الأرجل الاصطناعية الروبوتية

يعد المستشعر أمرًا بالغ الأهمية في السماح لمبتوري الأطراف السفلية بالتحكم في الأرجل الاصطناعية الروبوتية كما يريدون، ومن المتوقع أن يساهم بشكل كبير في إعادة التأهيل وتحسين نوعية الحياة.

ومع الارتفاع الأخير في أمراض نمط الحياة مثل مرض السكري، هناك عدد متزايد بسرعة من مبتوري الأطراف السفلية الإضافية.

الآثار الدائمة لبتر الطرف السفلي ليست الإعاقة الجسدية فحسب، بل الإعاقة النفسية أيضًا.

ولمعالجة هذه المشكلة، تم تطوير تقنية الأطراف السفلية الإلكترونية في السنوات الأخيرة لاستبدال الساق المفقودة بأطراف صناعية آلية.

إن أهم شيء في تطوير الأرجل الاصطناعية الروبوتية هو تنفيذ وظيفة الطرف السفلي بشكل ثابت على النحو المقصود من قبل مبتوري الأطراف، ومن أجل القيام بذلك، يلزم القدرة على الحصول بسرعة ودقة على الإشارات البيولوجية لمبتوري الأطراف.

الطريقة الأكثر ملاءمة هي استخدام أجهزة استشعار sEMG غير الغازية؛ ومع ذلك، يصعب استخدام هذه المستشعرات عمليا.

يجب أن يكون المستشعر موجودًا داخل بطانة السيليكون للمقبس لتسجيل الإشارات الكهربائية العضلية.

ومع ذلك، فإن بطانة السيليكون ضيقة جدا، وتخلق بيئة رطبة، وتتأثر بالتجويف الذي يخضع لحركات ديناميكية قوية بسبب وزن الساق الاصطناعية الروبوتية، وهذا يجعل من المستحيل تسجيل الإشارات البيولوجية للعضلات بشكل ثابت لفترة طويلة من الزمن دون الإضرار بالمستشعر نفسه.

في هذا السياق، قام فريق بحث بقيادة البروفيسور سانج هون لي في DGIST بتطوير مستشعر sEMG غير الإدراكي، وهو واجهة حيوية تشكلت من خلال نظام كهروميكانيكي دقيق.

نشرت الدراسة في مجلة npj للإلكترونيات المرنة.

مستشعر sEMG غير الحساس

يحاكي مستشعر sEMG غير الحساس الذي طوره فريق البحث بنية أفعوانية لتوفير المرونة والمرونة مع تحقيق التهوية والالتصاق، وبالتالي، يمكن تطبيق المستشعر على أجزاء مختلفة من الجسم المبتورة ويمكن استخدامه بشكل متكرر على مدى فترة طويلة من الزمن.

علاوة على ذلك، بالاشتراك مع وحدة لاسلكية، يحصل المستشعر على إشارات في الوقت الفعلي يتم توليدها عندما يمشي مبتوري الأطراف بأطراف صناعية آلية ومآخذ وبطانات من السيليكون.

وللتحقق من وظيفة المستشعر، قام فريق البحث بتوصيل مستشعر sEMG غير المحسوس إلى أحد مبتوري الطرف السفلي وقاموا بتقييم وظيفة المستشعر عن طريق تسجيل إشارات عضلات مبتوري الأطراف.

وأظهرت النتائج أن المستشعر نجح في الحصول على إشارات عضلية عالية الجودة في الوقت الفعلي لمبتور الأطراف وهو يمشي في بيئات مختلفة (على أرض مسطحة، والمنحدرات لأعلى ولأسفل، وعلى السلالم) ونقل الإشارات لاسلكيًا لمساعدة مبتوري الأطراف في المشي، كما تم التحقق منها من خلال مستشعر تحليل الحركة المضمن في الساق الاصطناعية الروبوتية.

علاوة على ذلك، من خلال تحليل إشارات العضلات المتولدة من ثني أخمصي وعطف ظهري لدى مبتوري الأطراف، أكد فريق البحث أن أداء الحصول على الإشارة الانتقائية لمستشعر sEMG غير المحسوس أفضل من أداء أجهزة الاستشعار التجارية الأخرى.

وفي هذا الصدد، يتوقع فريق البحث أن يتم تطبيق المستشعر عبر العديد من التقنيات القابلة للارتداء، بالإضافة إلى التحكم الدقيق في الأرجل والأيدي الاصطناعية الروبوتية بناءً على الإشارات الحيوية.

وقال البروفيسور لي: «بالرغم من أن هناك عددا أكبر من مبتوري الأطراف مما نعتقد في كوريا وحول العالم، إلا أن هناك العديد من القيود على الأنشطة اليومية والمعيشة لأن الأرجل الاصطناعية التي يمكن التحكم فيها كما ينوي مرتديها غير متوفرة، وبناء على نتائج هذا البحث، سنواصل إجراء المزيد من الأبحاث وتطوير الأطراف الإلكترونية التي يمكنها تنفيذ الوظائف الحسية والحركية، تمامًا مثل الأطراف البشرية، لمساعدة مبتوري الأطراف على الاستمتاع بجميع أنشطة الحياة اليومية».