الباحثون يتنافسون مع الحشرات

لقد صنعوا هيكلًا خارجيًا للإنسان يتحمل 80٪ من الوزن الذي يحمله

ابتكر الباحثون في مجموعة مختبر الميكانيكا الحيوية للوسائط جهازًا قادرًا على تخفيف العبء عن الجنود وغيرهم من الأشخاص الذين يحملون معدات ثقيلة.

يمكن لاختراعهم، المعروف باسم "الهيكل العظمي الخارجي"، أن يدعم جزءًا كبيرًا من وزن حقيبة الظهر الثقيلة، وينقل هذا الوزن مباشرة إلى الأرض. وبهذه الطريقة يتم إزالة الوزن عن ظهر الشخص الذي يحمل الجهاز.

أفاد الباحثون في سبتمبر الماضي، في المجلة الدولية للروبوتات البشرية، أن النموذج الأولي الذي قاموا بإنشائه يمكن أن يحمل بنجاح حوالي ثمانين بالمائة من حمولة تبلغ 40 كيلوغرامًا محمولة على ظهر الشخص. ولكن لا تزال هناك مشكلة واحدة: النموذج الحالي يعطل طريقة المشي الطبيعية للشخص الذي يحمله.

وقال كونور والش، وهو طالب دراسات عليا عمل في المشروع: "يمكنك أن تشعر حرفيًا بأن [النموذج الأولي] يؤثر على مشيتك". وفي الوقت نفسه - "ما زلت تشعر أنه يخفف الوزن، وستشعر بالتأكيد بضغط أقل على الجزء العلوي من الجسم".

ترأس المجموعة البحثية يوغو هير، الباحث الرئيسي في مجموعة الميكاترونكس الحيوية والأستاذ المشارك في مختبر الوسائط بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا – معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. في وقت سابق من هذا الصيف، كشف هير وزملاؤه عن أول كاحل آلي في العالم، مصمم لمبتوري الأطراف السفلية.

وفي نهاية المطاف، يأمل هير في إنشاء أجهزة مساعدة للساق يمكن أن تكون مفيدة للجميع. وهو يتصور الهياكل الخارجية للأرجل التي يمكن أن تساعد الناس على الجري دون عناء، وكذلك تساعد في حمل الأحمال الثقيلة.

ويقول: "حلمنا هو أنه بعد 20 عامًا من الآن، لن يذهب الناس إلى متاجر الدراجات، بل سيذهبون إلى متاجر القدم".

يمكن لأجهزة الهيكل الخارجي أن تزيد من الوزن الذي يمكن أن يحمله الشخص، وتقلل من احتمالية إصابة الساق أو الظهر، وتقلل من الوزن أو مستوى الصعوبة التي يشعر بها الشخص عند حمل وزن ثقيل.

يضع الشخص الذي يرتدي الهيكل الخارجي قدميه في حذاء متصل بسلسلة من الأنابيب. "تمتد الأنابيب بالتوازي مع الساق حتى حقيبة الظهر، وتنقل وزن حقيبة الظهر إلى الأرض. تتيح النوابض الموجودة في منطقة الكاحل والخصر والمثبتات الموجودة في منطقة الركبة للجهاز تقليد حركة المشي لساق الإنسان، بتكلفة منخفضة جدًا لتوفير الطاقة الخارجية (وات واحد).

نجحت مجموعات بحثية أخرى في إنتاج أجهزة ذات هيكل خارجي يمكنها تحمل الوزن، ولكنها تتطلب مصدرًا كبيرًا للطاقة (حوالي 3,000 واط). يتم توفير مصدر الطاقة هذا بواسطة محرك البنزين.

عندما اختبر الباحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أجهزتهم، وجدوا أنه على الرغم من أن الحمل المحمول على ظهر الشخص الذي قام بالاختبار كان خفيفًا بالفعل، إلا أنه كان عليه أن يستهلك أكسجينًا بنسبة 10٪ أكثر من المعتاد. ويبدو أن السبب في ذلك هو الحاجة إلى بذل جهد إضافي لتعويض الاضطراب في شكل المشي.

وتأمل المجموعة في تحسين التصميم بحيث يحاكي الهيكل الخارجي حركات الساق البشرية بشكل أفضل، وبالتالي تمكين شكل أكثر طبيعية من المشي. ويقول والش إن أهم نتيجة للدراسة هي أن التصميم المبتكر - المعتمد على النوابض والاستهلاك المنخفض للطاقة - يبدو واعدا.

وقال والش: "هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها اختباره، ولم نكن نعرف ما يمكن توقعه".

الأعضاء الآخرون في مجموعة الميكاترونكس الحيوية الذين ساهموا في المشروع هم دانييل فلوسكي، وكين بيش، وأندرو فاليانتا، وويليام جراند.

الصورة - كونور والش يوضح النموذج الأولي للهيكل الخارجي الذي طوره هو وباحثون آخرون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. يمكن للاختراع أن يحمل بنجاح 80% من وزن يبلغ 40 كيلوجرامًا، محمولاً على ظهر جهاز الاختبار.