علم در خدمت انسان‌های برتر

تماشاگرانی که خود را در 13 جولای 2007 به استادیوم دان ولی شفیلد انگلیس رسانده بودند تا رقابت دیدنی میان چهره‌های برتر دوومیدانی جهان را نظاره‌گر باشند، هیچ‌گاه خاطره آن روز را فراموش نخواهند کرد. در حالی که باران بشدت می‌بارید اسکار پیستوریوس، ورزشکار شناخته شده‌ای از آفریقای جنوبی همراه دیگر شرکت‌کنندگان در خط شروع مسابقه دوی 400 متر جایزه بزرگ انگلیس قرار گرفته بود.

در شرایطی که زمین مسابقه کاملا مرطوب بود، وی یک دور کامل را در مدت زمان 65‌/‌47 ثانیه طی می‌کند و در رتبه هفتم در میان 8 شرکت‌کننده قرار می‌گیرد.

یکی از شرکت‌کنندگان یعنی جرمی وارینر قهرمان المپیک آمریکا که همگان فکر می‌کردند براحتی به مقام قهرمانی دست پیدا می‌کند پس از لغزش کوچکی که در خط ابتدایی مسابقه برایش به وجود آمد از رقابت کنار کشید، اما تلاش پیگیر اسکار که توانست با پاهای مصنوعی از خط پایان عبور کند تحسین همگان را برانگیخت.

مهم‌ترین نکته‌ای که آن روز به چشم می‌آمد حضور اسکار در میان برترین‌های دوومیدانی جهان بود. وی از زمانی که تنها 11 ماه داشت از ناحیه پایین زانو در هر دو پا معلول شده بود. از آن روزها، سال‌ها گذشته است و اکنون او می‌تواند با تکیه بر پاهای مصنوعی J شکل خود همچون ورزشکاران عادی براحتی بدود. این پاها را می‌توان یکی از تازه‌ترین دستاوردها در عرصه اندام‌های مصنوعی به شمار آورد. این پاها که از فیبر کربنی ساخته شده‌اند به پاهای چیتا معروف شده‌اند.

البته شاید عادلانه باشد که قبول کنیم حضور اسکار آن هم با تکیه بر این پاهای پیشرفته در میان ورزشکاران برتر دنیا چندان با استقبال گرم آنها همراه نباشد. همه آنها یک نگرانی مشترک در نگاه‌های خود دارند: آیا این پاهای مصنوعی توان بیشتری به اسکار نمی‌دهند و آیا این احتمال وجود ندارد که این پاها از نوع طبیعی شان نیز بهتر باشند؟

پس از مطالعه‌ای که از سوی گروهی محققان آلمانی درخصوص اسکار و استفاده وی از پاهای مصنوعی صورت گرفت، مشخص شد که وی می‌تواند همپای سایر دوندگان بدود در حالی که 25 درصد انرژی کمتری مصرف می‌کند، از این رو مسوولان برگزاری مسابقات دوومیدانی در انجمن بین‌المللی فدراسیون‌های ورزشی (IAAF) از حضور وی در مسابقات خودداری کردند.

با این حال وی از پای ننشست و شکایت رسمی به دادگاه ارائه کرد و در نهایت رای دادگاه این تصمیم را منتفی دانست و اعلام شد در تصمیمی که برای خودداری از حضور اسکار در مسابقات گرفته شده است، تمامی جوانب از جمله شروع کند وی در خط آغازین مسابقات در نظر گرفته نشده است.

از آن زمان تاکنون مباحث علمی در این زمینه آغاز شده و همچنان ادامه دارد. یکی از مطالعات جامعی که در اواخر سال 2009 انجام شد، نشان داد که اسکار هنگام دویدن همراه سایر دوندگان دوی 400 متر برتری کلی 10 ثانیه‌ای دارد حال آن‌که تحقیق دیگری نشان داد پاهای مصنوعی، وی را از سایر شرکت‌کنندگان عقب نگاه می‌دارد. تناقض‌های موجود نشان می‌دهند انجام مطالعات بیشتر و در نظر گرفتن فاکتورهای متعدد در اتخاذ تصمیم نهایی کاملا ضروی است.

پاهای مصنوعی چیتا تنها یک فناوری منحصربه‌فرد در دنیا به حساب نمی‌آید. طی سال‌های گذشته تلاش‌های مختلفی در این زمینه انجام شده و محصولات مشابهی نیز ارائه شده‌اند، از این رو برای بسیاری از افراد شنیدن خبرهای جدیدی درخصوص طراحی و ساخت اندام‌های مصنوعی نوین چندان هیجان‌انگیز نیست.

دکتر اندرس سندبرگ از انستیتو آینده بشر در دانشگاه آکسفورد می‌گوید: کیفیت فناوری‌های فعلی به حدی ارتقا یافته است که محصولاتی (اندام‌های مصنوعی) که بر مبنای آنها تولید می‌شوند قابل رقابت با نمونه‌های طبیعی بوده یا شاید در برخی موارد از عملکرد بهتری نیز برخوردار باشند. در دوران فعلی و در مقایسه با گذشته می‌توانیم با تکیه بر فناوری‌های نوین ساده‌تر از هر زمانی دست به انجام کارهای مختلف و سخت بزنیم.

پاهای مصنوعی چیتا، گرچه نسبت به مدل‌های قبلی که در سال‌ها و دهه‌های گذشته ارائه شده است از قابلیت‌های به مراتب بهتری برخوردارند، با این حال نگاهی به ساختار آن نشان می‌دهد که تقلید دقیقی از نمونه گوشت و استخواندار آن بویژه هنگام حرکت صورت نگرفته است. در سال‌های اخیر پروژه‌های گوناگونی در زمینه اندام‌های مصنوعی انجام شده است که یکی از بارز ترین آنها i-LIMB است که می‌توان آن را نمونه‌ای جالب در دنیای اندام‌های مصنوعی به‌شمار آورد. این محصولات فناورانه از سوی گروهی از محققان در اسکاتلند ارائه شده و به جهت قابلیت‌های خیره‌کننده‌اش در سال 2008 از سوی نشریه تایم به عنوان یکی از 50 ابتکار فناورانه جهان انتخاب شد. نکته جالب این‌که این فناوری در رتبه چهاردهم و جلوتر از پروژه‌هایی نظیر مریخ نورد و پوشش نامرئی‌کننده قرار گرفته است.

از طرف دیگر تا پیش از دو سال پیش یعنی زمانی که i-LIMB برای نخستین بار رونمایی شد، پیوند دست مصنوعی به معلولان یا حادثه دیدگان به صورت ابتدایی‌ترین شکل ممکن انجام می‌شد، یعنی استفاده از ابزاری چنگک مانند به انتهای بازو. به این ترتیب فرد معلول می‌توانست اشیای مختلف را از روی سطوح مختلف بردارد و به ابتدایی‌ترین شکل ممکن آنها را جابه‌جا کند. اما در نقطه مقابل i-LIMB دست مصنوعی بیونیکی است که در کار کردن با آن فرد می‌تواند شمار قابل توجهی از حرکات یک دست مصنوعی را تجربه کند.

مبنای کلی حرکت بخش‌های مختلف این دست بیونیکی بر کنترل ماهیچه‌ای استوار است به طوری که با استفاده از حسگری در ماهیچه‌های بخش باقیمانده عضو طبیعی، ریزسیگنال‌ها دریافت شده و از آنها برای اعمال کنترل بر انگشتان بیونیکی استفاده می‌شود. در این دست 5 انگشت مستقل از جمله شست وجود دارد که هر یک به طور کاملا مجزا قدرتمند شده‌اند. و می‌توانند کارهایی مانند گرفتن دسته چمدان و چرخاندن کلید در قفل، گرفتن یک سکه کوچک و فشردن دکمه‌های صفحه کلید رایانه و... را انجام دهند.

هاگ هیل، مدیر بخش فناوری و عملیات‌های شرکت TouchBionic که دست بیونیکی i-LIMB در آن ارائه شده است می‌گوید:‌ ما این دست را به‌گونه‌ای طراحی کرده‌ایم که نیرویی که به اشیای مختلف وارد می‌کند دقیقا برابر همان نیرویی است که انگشتان دست طبیعی برای گرفتن اشیای گوناگون به آنها وارد می‌کنند که می‌توان گفت تقریبا معادل نیرویی است که برای گرفتن یک شیء 10کیلوگرمی اعمال می‌شود. البته می‌توانیم نیروی بیشتری نیز اعمال کنیم، اما اگر از این حد فراتر رویم دردآور خواهد بود.

محدودیتی که برای حمل بار در دست بیونیکی i-LIMB وجود دارد تا 45 کیلوگرم است، البته گفته می‌شود نسخه‌های بعدی این دست قابلیت حمل تا دو برابر این بار را دارد. هیل در این خصوص می‌گوید: بیماران پوست رباتیکی را دوست دارند تا به این ترتیب نشان دهند به بازوی مصنوعی مجهز شده و البته به داشتن آن نیز افتخار می‌کنند. نکته دیگر این که این دست نسبت به سیگنال‌های سطح سیگنال‌های ماهیچه‌ای نیز واکنش نشان می‌دهد به طوری که اگر بیمار احساس کند بیش از حد عادی شیء را که در دست دارد می‌فشارد، دست بیونیکی نسبت به این احساس واکنش نشان می‌دهد و شدت اعمال فشار بر آن را کمتر می‌کند.

محققان شرکت TouchBionic هم‌اکنون در حال کار روی طرحی هستند که نتیجه آن تولید محصولی با قابلیت‌های حرکتی به مراتب بیشتر و در عین حال سریع‌تر باشد و بتوان از آن در کارهای روزمره استفاده کرد. همزمان با این تلاش‌ها یک محقق شناخته شده در دنیای شیمی مدعی شده که راه مطمئنی برای رسیدن به این چشم‌انداز پیدا کرده است. او تمرکز خود را روی بارزترین فناوری قرن 21 یعنی فناوری نانو معطوف کرده است و راه‌حل مورد نظر خود را نیز در آن جستجو می‌کند.

پروفسور ری باگمن، مدیر انستیتو فناوری نانو «آلن جی مک دیارمید» در دانشگاه تگزاس ماهیچه‌های مصنوعی از نانولوله‌های کربنی طراحی کرده است که قابلیت خیره‌کننده‌ای همچون تقلید شکل و عملکرد زیست‌شناسی انسانی دارند، البته با یک تفاوت بزرگ یعنی انجام کارهای مختلف با قدرتی تا یکصد برابر!

نانولوله‌های کربنی نوارهای بسیار نازکی از جنس کربن خالص هستند و باگمن با ترکیب کردن آنها و تولید یک رشته قدرتمندتر متوجه شده است زمانی که به آن گرمای لازم داده می‌شود، رشته‌های نانویی از یکدیگر و با قدرتی عجیب دور شده و با افزایش ضخامت به بافتی مشابه ماهیچه طبیعی تبدیل می‌شود.

بتمن با قدرت سرخوردن در هوا: این یک فناوری نوین است که با استفاده از آن می‌توان همچون بتمن افسانه‌ای در آسمان حرکت کرد و به این سو و آن سو رفت. طول پهنای این بال 8‌/‌1 متر است و از مواد سبکی همچون فیبر کربنی ساخته شده و تنها 30 کیلوگرم وزن دارد و به کاربر امکان می‌دهد تا مسافتی در حدود 50 کیلومتر را در آسمان طی کند و در لحظه آخر با استفاده از چتر نجات خود را به زمین برساند. نکته جالب توجه این است که در صورت نیاز، کاربر می‌تواند شتابی حرکتی حدود 402 کیلومتر بر ساعت پیدا کند.

تروی هارتوبایس، محقق و مخترعی کانادایی است که با طراحی و ساخت پوشش محافظتی پیشرفته‌اش به شهرت جهانی دست یافته است. تازه‌ترین دستاورد وی در این عرصه تحت عنوان Trojan S Series است که در قالب یک زره حفاظتی مدرن ارائه شده است. او مدعی است که با استفاده از این پوشش می‌توان در برابر انفجارهای مختلف و حتی انفجارهایی که در فاصله کم صورت می‌گیرد، جان سالم به در برد. این پوشش تنها 6‌/‌13 کیلوگرم وزن داشته و به جهت انعطاف‌پذیری قابل توجهی که در بخش‌های مختلف از جمله مفاصل آن دیده می‌شود، کاربر می‌تواند در حالی که آن را بر تن دارد، براحتی بدود.

در سال‌های اخیر نسل جدیدی از ربات‌ها با قابلیت حرکت روی سطوح عمودی طراحی و ساخته شده است. مبنای کلی در این فناوری‌ها نیروی ناچیز الکترواستاتیکی است که میان سطح بالارونده و سطح دیوار یا هر سطح دیگر به کار گرفته می‌شود. قطع و وصل این نیرو موجب می‌شود تا ربات براحتی روی سطوح عمودی حرکت کند.

ربات‌های فعلی که در این زمینه ساخته شده‌اند وزن‌های مختلفی دارند که بیشترین آن 34 کیلوگرم بوده است اما به نظر می‌رسد هیچ چیز نمی‌تواند مانع از پیشرفت این فناوری و استفاده انسان از آن شود.

نیکلا پاگنو از مرکز پلی کنیک تورین ایتالیا می‌گوید:‌ هیچ عامل بازدارنده‌ای وجود ندارد که بخواهد مانع از افزایش این رقم به 90 کیلوگرم یعنی معادل میانگین وزن انسان‌ها شود.

منبع: Focus