يصمم بمستشعرات ومشغلات في الورك والركبة والكاحل

في معرض الإلكترونيات الاستهلاكية في يناير (كانون الثاني) الماضي، جربت إحدى السيدات المصابات بالشلل، بعد إزالة الجراحين ورماً حميداً في الحبل الشوكي لها، الهيكل الروبوتي الخارجي المدعوم بالطاقة من إنتاج شركة «هيومان إن موشن روبوتيكس» الكندية، ورقصت به. وأعلنت لجمهور من الحضور في قاعة المعرض: «العودة إلى المشي أمر رائع بعد إصابة الحبل الشوكي، لكن العودة إلى الرقص أمر يُغير قواعد اللعبة».

هيكل روبوتي خارجي مستقل

سوف تبدأ الشركة التجارب السريرية لهيكل «إكسوموشن» XoMotion الروبوتي الخارجي في أواخر أبريل (نيسان)، حيث ستختبر في البداية نسخة مخصصة لمرافق إعادة التأهيل كنقطة انطلاق نحو هيكل خارجي للاستخدام الشخصي يمكن للمصابين إحضاره إلى المنزل.

وهيكل «إكسوموشن» هو ثاني هيكل خارجي ذاتي التوازن، الذي يقود إلى استغناء المستخدمين عن الحاجة إلى الاستناد إلى العكازات أو المشايات، ويمكنهم إبقاء أيديهم حرة لممارسة مهام أخرى. وهو الهيكل الثاني من نوعه في العالم. ومنذ سنوات طور اثنان من الأكاديميين في جامعة سيمون فريزر في فانكوفر، فكرة مبتكرة لهيكل خارجي. وأراد البروفسور سياماك أرزانبور وزميله إدوارد بارك الاعتماد على الروبوتات المتطورة لبناء جهاز ذاتي التوازن. في ذلك الوقت، كان لدى العديد من الشركات هياكل روبوتية خارجية متاحة للاستخدام في إعدادات إعادة التأهيل، ولكن التكنولوجيا كانت بها العديد من القيود، ومن أبرزها أن جميع تلك الهياكل الخارجية كانت تتطلب عكازات لتثبيت الجزء العلوي من جسم المستخدم في أثناء المشي. الأكثر من ذلك، كان المستخدمون بحاجة إلى مساعدة للدخول والخروج من الهيكل الخارجي، وعادة ما لا تستطيع الأجهزة التعامل مع المنعطفات أو الدرجات أو المتحدرات.

ويقول البروفسور أرزانبور، الرئيس التنفيذي لشركة «هيومان إن موشن»، في حديث نقلته مجلة «سيكترم» الصادرة عن جمعية المهندسين الكهربائيين الأميركيين، إن فريقه كان دائماً ينجذب إلى التحدي الهندسي المتمثل في صنع هيكل روبوتي خارجي ذاتي التوازن. ويضيف أن الباحثين أدركوا ما يحتاج إليه المستخدمون بعدما التقوا بهم. وفي الولايات المتحدة، يعمل أرون جايارامان، الذي يباشر أبحاثاً حول الهياكل الخارجية في مختبر «شيرلي ريان» للقدرات في شيكاغو مع شركة «هيومان إن موشن» في تجاربها السريرية هذا الربيع. ويقول إن الهياكل الخارجية ذاتية التوازن أكثر ملاءمة للاستخدام المنزلي من الهياكل الخارجية التي تتطلب دعماً للذراع. ويضيف: «إن الاضطرار إلى استخدام أجهزة مساعدة مثل المشايات والعكازات يجعل من الصعب الانتقال عبر الأسطح مثل الأرض المستوية أو المتحدرات أو الأرصفة أو الأسطح غير المستوية».

مشغلات الورك والركبة والكاحل

لكن، كيف تعمل الهياكل الخارجية ذاتية التوازن؟ تستخدم الهياكل الخارجية ذاتية التوازن الكثير من نفس التكنولوجيا الموجودة في العديد من الروبوتات الشبيهة بالبشر التي تظهر في السوق الآن. وهي تحتوي على حزم من المشغلات عند مفاصل الكاحل والركبة والورك، مع مجموعة من المستشعرات لاكتشاف كل من المواضع المتغيرة للهيكل الخارجي والبيئة المحيطة، ومعالجات سريعة للغاية لمعالجة جميع بيانات المستشعر وتوليد تعليمات لحركات الجهاز التالية. وبينما تكون الهياكل الخارجية ذاتية التوازن أضخم حجماً من تلك التي تتطلب دعامات للذراع، يقول البروفسور أرزانبور إن الاستقلالية التي تمنحها لمستخدميها تجعل التكنولوجيا فائزة بصورة واضحة. كما يلاحظ أيضاً أن النماذج ذاتية التوازن يمكن استخدامها من قبل مجموعة واسعة من الأشخاص، بمن في ذلك الأشخاص ذوو القوة والحركة المحدودة في الجزء العلوي من الجسم.

إمكانات واعدة وتحديات

•أوامر توجيه للهيكل الروبوتي. عندما يريد المصاب ارتداء هيكل «إكسوموشن»، يمكنه استدعاؤه من الجانب الآخر من الغرفة باستخدام تطبيق وإصدار أمر له بالجلوس بجوار كرسيه المتحرك. وإذا كان المصاب قادراً على نقل نفسه، فإنه يربط نفسه بالجهاز من دون مساعدة، ثم يستخدم عصا تحكم بسيطة متصلة بالهيكل الخارجي للتحكم في حركته. ويمكن أن يعمل الهيكل الخارجي مع مجموعة متنوعة من آليات التحكم المختلفة، ولكن الاتصال السلكي يعدّ الأكثر أماناً. وعندما يضع الجهاز في «وضع الرقص»، الذي ابتكره المهندسون، يمكن إسقاط وحدة التحكم والاعتماد على مستشعرات الهيكل الخارجي لالتقاط التحولات الدقيقة لجذع المصاب وترجمتها إلى حركات للساق.

• تحديات منزلية. ما التحديات التي تواجه الهياكل الخارجية للاستخدام المنزلي؟ هيكل «إكسوموشن» ليس أول هيكل خارجي يوفر إمكانية الاستخدام من دون الاستعانة باليدين. يعود هذا الشرف إلى شركة «ويندركرافت» الفرنسية، التي حصلت بالفعل على موافقة تنظيمية لنموذج إعادة التأهيل الخاص بها في أوروبا والولايات المتحدة، وهي تبدأ الآن التجارب السريرية لنموذج للاستخدام المنزلي. لكن البروفسور أرزانبور يقول إن هيكل «إكسوموشن» يقدم العديد من التطورات التقنية مقارنة بجهاز شركة «ويندركرافت»، بما في ذلك محاذاة دقيقة للمفاصل الآلية والمفاصل البيولوجية للمستخدم؛ لضمان عدم تعرض الجسم لإجهاد لا داعي له، بالإضافة إلى مستشعرات عزم الدوران في المشغلات لجمع بيانات أكثر دقة حول حركات الجهاز.

من جهته، يقول سايكات بال، الأستاذ المساعد في معهد نيوجيرسي للتكنولوجيا والمشارك في التجارب السريرية لشركة شركة «ويندركرافت»، إن الحصول على الموافقة على نموذج للاستخدام المنزلي يمثل تحدياً لأي شركة للهياكل الخارجية. ويضيف بال قائلاً: «بالنسبة لأي جهاز سوف يُستخدم في المنزل، ستكون المعايير مختلفة عن العيادة. كل منزل يبدو مختلفاً، وله مسافات مختلفة. المشكلة الهندسية أكثر تعقيداً بعدة مرات عندما تنقل الجهاز إلى المنزل». ويعتقد مهندسو شركة «هيومان إن موشن» أنهم سيحلون المشاكل في غضون عامين، مما يمكن المصابين من اصطحاب هيكل «إكسوموشن» إلى المنزل معها.