احیای حس لامسه افراد قطع عضو با بازوی بیونیک

برترین‌ها: بازو‌های بیونیک از جمله Hero Arm توسط افرادی که دارای نقص در اندام فوقانی هستند استفاده می‌شود. این وسیله با دریافت سیگنال از ماهیچه عمل می‌کند.

در دهه‌ی ۱۹۷۰ میلادی، مجموعه‌ی علمی-تخیلی مرد شش میلیون دلاری (The Six Million Dollar Man)، فضانوردی را تصویر می‌کند. این فضانورد در یکی از ماموریت‌ها به شدت آسیب می‌بیند. دانشمندان با هزینه‌ی هنگفتی، دست و پا‌های او را با اندام مصنوعی جایگزین می‌کنند.

در زمان پخش این سریال، فناوری اسکلت بیرونی تنها در فیلم‌های علمی-تخیلی ممکن بود. در دنیای واقعی خبری از فناوری پیشرفته‌ی اندام مصنوعی نبود. حدود ۵۰ سال از آن دوران می‌گذرد. با رشد فناوری پوشیدنی، دانشمندان توانستند بازو‌های مصنوعی طراحی کنند که توانایی حرکت افراد را بهبود دهد. در این دوران، ما همچنان در انتظار اندام مصنوعی هستیم که افزون بر افزایش توان حرکتی، از نظر هزینه مقرون به صرفه باشد. در این مقاله به این پرسش پاسخ می‌دهیم که اندام مصنوعی همچون بازوی بیونیک چه زمانی برای افراد قطع عضو و دچار ناتوانی حرکتی مقرون به صرفه می‌شود؟ با ما همراه باشید.

روند پیشرفت بازو‌های بیونیک

سال گذشته، شرکتی سوئدی به نام Integrum AB و دانشگاه فناوری چالمرز، نخستین جراحی موفقیت‌آمیز بازوی بیونیک را انجام دادند. بازوی بیونیک از پروتز‌های رباتیک تشکیل می‌شود. پروتز‌ها دارای الکترود‌هایی هستند که روی پوست کاشته می‌شوند. الکترودها، سیگنال‌ها را از ماهیچه‌های بازو دریافت می‌کنند. به چنین پروتز‌های رباتیک، پروتز‌های مایوالکتریک نیز گفته می‎شود.

چنین فناوری به افرادی که دچار قطع عضو شده‌اند یا توانایی حرکت دست خود را ندارند کمک بسیاری خواهد کرد. با این وجود، مهارت‌های ظریف همچون بستن بند کفش با چنین پروتز به سادگی امکان‌پذیر نیست. در روش جدید شرکت سوئدی، الکترود‌ها در ماهیچه‌های باقی‌مانده کاشته می‌شود. پس از جراحی انجام شده، حس لامسه‌ی بیمار به او بازگشت. در واقع، با در دست گرفتن اشیا با بازوی بیونیک، بیمار حضور شی در دست بیونیک را حس می‌کرد.

فناوری هیجان‌انگیز دیگری به نام رابط مغز-رایانه (BCI) وعده می‌دهد دست بیونیک به صورت مستقیم با مغز در ارتباط خواهد بود. با کمک این فناوری، شخص می‌تواند حرکت دست بیونیک را با ذهن خود کنترل کند. فرد در ذهن خود قصد می‌کند عملی را با دست انجام دهد. سپس، سیگنال‌های الکتریکی در سلول‌های عصبی تولید می‌شود. در این روش می‌توان تراشه‌ای در مغز کاشته شود یا الکترود‌ها در سطح پوست جمجمه قرار گیرد. افراد قطع عضو و ناتوان حرکتی با رابط مغز-رایانه می‌توانند به صورت مستقل اندام مصنوعی خود را کنترل کنند.

استارتاپ‌های فعال در زمینه‌ی طراحی بازوی بیونیک

در این بخش نگاهی داریم بر فعالیت سه استارتاپ که برای سال‌های بسیاری به توسعه‌ی بازوی بیونیک مشغول بودند: شرکت Mobius Bionics واقع در ایالت نیوهمپشر (New Hampshire) آمریکا، نخستین بازوی رباتیک را وارد بازار کرد. این پروتز رباتیک، گواهی تایید FDA را دریافت کرد. دست بیونیک LUKE ساخت سازمان دفاعی آمریکا نیز از فناوری‌های پیشرفته تشکیل شده است. درحالی‌که قیمت بازو‌های بیونیک اعلام نشده است، اما برآورد شده است که قیمت تقریبی هر پروتز بازوی رباتیک بالای ۱۰ هزار دلار باشد. برخی از بازو‌های بیونیک بیش از ۶۰۰۰۰ دلار قیمت دارند. شرکت Open Bionics با تولید بازو‌های رباتیک چاپ سه‌بعدی طرفداران بسیاری پیدا کرده است.

بازوی رباتیک چاپ سه‌بعدی

شرکت Open Bionics در سال ۲۰۱۴ در شهر بریستول انگلستان تاسیس شد. این شرکت بازوی Hero Arm را توسعه داد. Hero Arm همانند پروتز‌های مایوالکتریک، با دریافت سیگنال‌های الکتریکی عضلات، تحریک الکتریکی را به حرکت تبدیل می‌کند. بازوی Hero Arm وزن سبکی دارد. این بازو در سه اندازه طراحی شده است. وزن دست حدود ۲۸۰ گرم تا ۳۵۰ گرم است. بازوی کامل کمتر از یک کیلوگرم وزن دارد. با ایجاد لرزش، به کاربر بازخورد می‌دهد. طراحی پوشش پروتز به صورت متنوع و با توجه به سفارش کاربر قابل طراحی است. حسگر‌های EMG حرکت بازوی رباتیک را شناسایی می‌کنند. با این امکان، کنترل بازو برای کاربر ساده‌تر می‌شود.

آنچه که بازوی رباتیک Hero Arm شرکت Open Bionics را از دیگر بازو‌های رباتیک متمایز می‌کند قیمت آن است. هم‌اکنون قیمت این پروتز ۱۳۰۰۰ دلار اعلام شده است. به لطف فناوری چاپ سه‌بعدی، می‌توان پروتز‌های مقرون به صرفه ارائه کرد. سفارش‌سازی و شخصی‌سازی پروتز رباتیک سبب می‌شود بازوی رباتیک از نظر اندازه و طراحی برای کاربر مناسب باشد.

در ویدئوی زیر کودکی را مشاهده می‌کنید که بدون دست چپ در سیدنی متولد شد، اما به نخستین فردی در استرالیا بدل شد که بازوی بیونیک «هیرو آرم» را دریافت کرد.

هوش مصنوعی برای بازوی بیونیک

یکی دیگر از استارتاپ‌های فعال در طراحی بازوی بیونیک، BrainRobotics نام دارد. این شرکت نیز از چاپ سه‌بعدی برای ساخت محصول خود بهره می‌برد. BrainRobotics در سال ۲۰۱۵ توسط Bicheng Han تاسیس شد. در این بازوی رباتیک از سیگنال‌های مایوالکتریکی استفاده شده است. بخش‌هایی از بازوی بیونیک به صورت ماژولار طراحی شده است تا از لحاظ اندازه قابل انطباق باشد. سازندگان این پروتز اعلام کرده‌اند از هوش مصنوعی در راستای انطباق بیشتر پروتز با کاربر بهره برده‌اند. در طول دوران استفاده، پروتز به مرور آموزش می‌بیند.

در سال ۲۰۱۸، استارتاپی به نام Brink Bionics از دانشگاه واترلو راه‌اندازی شد. Axo Hand نامی است که طراحان دست بیونیک برای آن انتخاب کرده‌اند. پژوهشگران با کمک الگوریتم‌های یادگیری ماشین به کنترل بهتر بازو کمک می‌کنند. همانند BrainRobotics، این شرکت نیز ایده‌ی خود را به صورت ماژولار ارائه کرده‌اند. با این تفاوت که Brink Bionics بر این باور است چاپ سه‌بعدی ایده‌ی خوبی برای تولید انبوه اندام مصنوعی نیست. Brink Bionics از روش قالب‌گیری تزریقی با کیفیت و قطعات ماشین‌کاری استفاده خواهد کرد.

رابط مغز-رایانه برای بازوی بیونیک

یک شرکت اسپین‌آف به نام BIOS در سال ۲۰۱۵ راه‌اندازی شد. این شرکت یک رابط مغز-رایانه را با فناوری عصبی توسعه می‌دهد. نخستین محصول این شرکت، یک اتصال USB برای برقراری ارتباط اجزای مصنوعی بیونیک با سامانه‌ی عصبی بدن است. ایده‌ی اصلی این رابط، ترجمه سیگنال‌های عصبی با هدف کنترل پروتز‌های رباتیک است.

شرکت Myomo بازوی بیونیکی برای افرادی که دست آن‌ها به دلیل بیماری یا آسیب، بی حرکت است طراحی کرده است. این بازوی رباتیک، سیگنال‌های مایوالکتریک را از سطح پوست می‌خواند و برای حرکت‌های جزیی تحریک الکتریکی فراهم می‌کند.

این دوران برای افرادی که دچار قطع عضو شده‌اند و یا توانایی حرکت اندام خود را از دست داده‌اند دوران مناسبی برای دریافت خدمات و فناوری‌های پیشرفته است. شرکت‌های بسیاری در حال تلاش برای ارائه‌ی محصولات خود با بالاترین فناوری‌ها و قیمت مقرون به صرفه هستند. شرکتی همچون Open Bionics در حال تولید محصولی است که افزون بر قابلیت انطباق، قیمت پایینی داشته باشد. اگرچه بسیاری از شرکت‌های نام‌برده از حمایت مالی سازمان‌های دولتی برخوردار هستند. به نظر می‌رسد شرکت‌های فعال در صنعت اسکلت بیرونی که سرمایه‌های بیشتری جذب کردند می‌توانند فناوری‌های پوشیدنی همچون بازوی بیونیک را آسان‌تر به بازار عرضه کنند.