انسان ‌رباتیک در راه است

 البته شاید در چند دهه آینده کمک به این نوع بیماران با استفاده از تکنیک‌های متنوع جراحی امکانپذیر باشد، اما در حال حاضر نه. پس چه باید کرد؟ گزینه پیشنهادی دومی که مطرح می‌شود بهره‌گیری از تازه‌ترین دستاوردهای علم رباتیک است. علم رباتیک در سال‌های اخیر آنچنان پیشرفتی داشته است که به کمک آن، هم اکنون بسیاری از بیماران دچار معلولیت‌های مختلف حرکتی می‌توانند روی پاهای خود بلند شده و راه بروند. این توانمندی خیره‌کننده صرفا به خاطر پیشرفت‌هایی است که در دانش طراحی و ساخت اسکلت‌های رباتیکی قابل پوشیدن ایجاد شده است. البته دامنه این دستاوردها تنها محدود به عرصه پزشکی نمی‌شود بلکه به امور دیگری همچون عرصه‌های نظامی راه یافته است.

سربازانی را تصور کنید که اسکلت‌های رباتیکی فوق مدرنی به تن کرده و می‌توانند کیلومترها راه سخت و دشوار را بدون احساس خستگی طی کنند.

تنها چند سال است که سر و کله فناوری HAL پیدا شده است. این اسکلت رباتیکی که محصولی خلاقانه از یک شرکت ژاپنی موسوم به Cyberdyne است در حقیقت نوعی پوشش رباتیکی است که با استفاده از آن می‌توان به ایده بهبود توانمندی حرکتی و قدرت انسان تحقق بخشید. HAL ربات پوشیدنی است که از سیستم پیشرفته‌ای موسوم به «کنترل ارادی» بهره می‌برد. مبنای کار این سیستم بر این است که ابتدا حرکت از پیش تعیین‌شده کاربر را درک کرده و در ادامه به انجام هرچه بهتر آن کمک می‌کند. سیستم کنترل ارادی به وسیله دریافت سیگنال‌های زیست الکتریکی کار می‌کند که روی سطح پوست کاربر شناسایی می‌شوند. این شناسایی در آن واحد صورت می‌گیرد و سرعت آن چنان زیاد است که پیش از حرکت ماهیچه‌ها انجام می‌شود. این سیستم، سیگنال‌های یادشده را مورد تجزیه و تحلیل قرار داده تا به این ترتیب میزان نیروی مورد نیاز برای انجام امور خاص تشخیص داده شود. پس از این مرحله، محاسبات آنی صورت می‌گیرد که بر اساس آن مشخص می‌شود پوشش رباتیکی چه میزان توان باید تولید کند تا حرکت مورد نظر به بهترین شیوه ممکن انجام شود. تمامی این مراحل در کسری از ثانیه صورت می‌گیرد، پیش از آن که ماهیچه‌ها شروع به حرکت کنند. این سیستم فوق مدرن محاسباتی به مفاصل رباتیکی این اجازه را می‌دهد تا هم‌آهنگ با حرکت ماهیچه‌های کاربر جابه‌جا شوند. نتیجه چنین هم‌آهنگی چیزی نیست جز تشدید قدرت به کار گرفته شده در انجام حرکات گوناگون. البته تمامی قابلیت‌های HAL به شمار نمی‌آید. این پوشش رباتیکی از سیستم کنترل خودکار رباتیکی نیز برخوردار است که حرکاتی شبیه به حرکات انسان و البته بر اساس حرکات ذخیره سازی شده در پایگاه اطلاعاتی‌اش تولید می‌کند. این حرکات که به طور خودکار و بر اساس اطلاعاتی که حسگرهای موجود در سیستم از بدن کاربر جمع آوری می‌کنند، به روز می‌شوند. این قابلیت ارزشمند به HAL اجازه می‌دهد تا به طور خودکار، خود را با هر حرکتی هماهنگ کند. این قابلیت به معنای آن است که HAL را می‌توان حتی زمانی که هیچ‌گونه سیگنال زیست‌الکتریکی شناسایی نمی‌شود نیز به کار گرفت. باتری این پوشش رباتیکی در پشت آن قرار دارد و با هر بار شارژ حدود 2 ساعت و 40 دقیقه کار می‌کند. البته نسخه جدید این باتری عمر بیشتری در هر بار شارژ داشته و تا 5 ساعت نیز فعال می‌ماند. محققان کاربردهای زیادی را برای این پوشش رباتیکی تعریف کرده‌اند که از مهم‌ترین آنها می‌توان به برخاستن از روی صندلی، راه رفتن، بالارفتن از پله‌ها یا پایین آمدن از آنها و از همه مهم‌تر، جابه‌جاکردن اشیاء سنگین. HAL ، 6/1 متر ارتفاع دارد و با 23 کیلوگرم وزن، سنگینی خاصی به کاربر تحمیل نمی‌کند، چون سازه رباتیکی وزن خود را تحمل می‌کند. شرکت ژاپنی ارائه‌کننده HAL آینده روشنی برای این ربات متصور شده است. محققان این شرکت پیش‌بینی می‌کنند در آینده‌ای نه‌چندان دور، نخستین سری از این ربات‌ها پس از تولید انبوه روانه بازار شوند، هرچند تاکنون یک سری از این رباتها روانه چند مرکز بازتوانی معلولان حرکتی در ژاپن شده است. تنوع چشمگیر در استفاده موجب شده تا طیف گسترده‌ای از کاربردها برای آن تعریف شود که از کمک به افراد معلول و ناتوان حرکتی گرفته تا اموری که در آن نیاز به حمل اشیای سنگین است و همچنین امداد و نجات، دامنه وسیعی را شامل می‌شود.

اما شرکت Cyberdyne تنها یکی از چندین شرکت فعال در زمینه طراحی و ساخت این دسته از اسکلت‌های رباتیکی است. یکی از زیرمجموعه‌های مجموعه شناخته شده پاناسونیک محصول خلاقانه‌ای ارائه کرده که با توجه به ساختار ظاهری که از آن برخوردار است می‌توان به ورود هر چه سریعتر آن به بازار و یاری رساندن به معلولان حرکتی امیدوار بود. این فناوری نوین Power Loader Light نام دارد که همان‌طور که از عنوان آن پیداست در ساخت آن به دو فاکتور مهم سبکی و قدرت توجه جدی شده است. مکانیسم حرکتی این سیستم رباتیکی به این‌گونه است که توانمندی حرکتی پاها را افزایش می‌دهد. از این‌رو می‌توان آن را نوعی قدرتمندکننده پاها عنوان کرد. این فناوری نوین نیز که همچون HAL در ژاپن ارائه شده است نه‌تنها برای امور صنعتی بلکه جهت کمک به معلولان حرکتی در نظر گرفته شده است و حال آن که در این کشور پیشرفته آسیایی متوسط سن افراد بالاست. مسن بودن جمعیت این کشور استفاده از این نوع ربات‌ها را به یک باید تبدیل کرده است. ساختار این اسکلت از نوعی آلیاژ آلومینیومی است که تنها 38 کیلوگرم وزن دارد و جالب این‌که عملا وزنی را بر استفاده‌کننده تحمیل نمی‌کند.

این اسکلت رباتیکی مجهز به چند موتور کوچک است که حرکات مفاصل ناشی از آنها می‌شوند. این موتورها به واسطه عملکرد حسگرهای مخصوصی که در بخش‌های مختلف اسکلت قرار دارند، نسبت به حرکات فرد استفاده‌کننده واکنش نشان می‌دهند. همچنین به کارگیری چند فنر مخصوص به پایداری هر چه بهتر آن کمک می‌کند. البته هزینه خرید این فناوری نوین قابل توجه است. بدون شک پرداخت 221 هزار دلار برای خرید چنین محصولی برای بسیاری از افراد غیرممکن است با این حال با گذشت زمان و تکمیل بخش‌های بیشتری از آن و همچنین به کارگیری مواد و قطعات ارزان قیمت‌تر در ساختار آن می‌توان به تولید نسخه‌های مقرون به صرفه تر آن در آینده امیدوار بود.

اما برای آنهایی که حداقل توانایی پرداخت نصف این هزینه را دارند محصولات جالب توجهی در بازار وجود دارد. یکی از این محصولات که اتفاقا قرار است در آینده‌ای نزدیک به تولید انبوه برسد سازه رباتیکی موسوم به REX نام دارد. نکته جالب توجه این است که این سازه در حقیقت دو بازوی بلند و سبک است که فرد معلول با ایستادن روی دو سکوی کوچکی که در انتهای آن قرار دارد، می‌تواند راه برود. این فناوری نوین تاکنون از سوی چند فرد معلول مورد آزمایش قرار گرفته است. هایدن آلن ازجمله این افراد است که می‌گوید: این همان چیزی است که دنبالش بودم! فلسفه‌ای که در پس ارائه این فناوری نوین قرار گرفته، چیزی نیست جز پیدا کردن یک گزینه قابل اطمینان به جای صندلی چرخدار برای معلولان حرکتی و حتی بیماران مبتلا به ام‌اس. برخی از بیماران حتی اگر تحت درمان نیز قرار گیرند، اما همواره در راه رفتن دچار مشکلاتی خواهند بود. نتیجه چنین نگرشی، طراحی و ساخت REX بوده است، اسکلتی که از موادی بسیار سبک و در عین حال سخت ساخته شده و فرد معلول را نه‌تنها در حین راه رفتن حمایت می‌کند، بلکه وی را نگه نیز می‌دارد. این فناوری نوین تفاوت عمده‌ای نیز با سایر محصولات مشابه ارائه شده دارد و آن این که برخلاف نمونه‌هایی همچون HAL که حرکات اسکلت همسو با حرکات نسبی بدن است، در اینجا استفاده‌کننده با دسته کنترلی مخصوصی که در اختیار دارد، حرکات مختلف سازه را تحت کنترل خود دارد. افراد معلولی که سوار بر REX می‌شوند، می‌توانند براحتی از جای خود بلند شده، حرکت کرده، حتی از پله‌ها بالا و پایین بروند. گذشته از این موارد، فرد می‌تواند به جهت‌های کناری متمایل شده و روی سطوح نسبتا سخت و غیرهموار نیز راه برود. همچون بسیاری از اسکلت‌های رباتیکی، بسته باتری که قابلیت شارژ چندین باره را دارد و تا 2 ساعت شارژ را نیز در خود نگه می‌دارد، بخشی از این مجموعه را تشکیل می‌دهد. REX در آکلند نیوزیلند تولید می‌شود و پیش‌بینی می‌شود در ماه‌های آتی به بازارهای اروپایی نیز صادر شود.

اما تمامی محصولاتی که تاکنون معرفی شده‌اند ابعاد و وزن قابل توجهی دارند. البته این بزرگی بی‌دلیل هم نیست. افراد معلولی که عملا توانایی حرکت ندارند، نیازمند سازه‌ای قدرتمند هستند که با استفاده از آن بتوانند با اطمینان خاطر کاملی از جا بلند شده و حرکت کنند، اما برای آن دسته از افرادی که مشکلات حرکتی محدودی دارند چه باید کرد؟ آیا این دسته از معلولان حرکتی نیز نیازمند بکارگیری سازه‌های اسکلتی حجیم و سنگین هستند؟ محققان برای این دسته از افراد نیز چاره جویی‌هایی داشته‌اند. در حقیقت می‌توان گفت آینده سازه‌های اسکلتی رباتیکی پوشیدنی صرفا مربوط به معلولان از کار افتاده حرکتی نمی‌شود و حتی برای آنهایی که دوست دارند در حین پیاده‌روی کمترین فشار به ستون فقراتشان وارد شود ایده‌های خلاقانه‌ای به مرحله عمل رسیده‌اند. چند ماه پیش و در جریان برگزاری نمایشگاهی در ژاپن از فناوری جالب توجه و البته کوچکی پرده‌برداری شد که با استفاده از آن پیاده‌روی برای تمامی افراد و ازجمله کسانی که مشکلات محدودی در حین راه رفتن دارند به امری دلپذیر تبدیل می‌شود. این اسکلت کوچک مجهز به حسگرهایی در ناحیه ران‌ها و همچنین 2 ریزموتور است که به وسیله رایانه‌ای کوچک کنترل می‌شوند. این موتورها در حقیقت قلب تپنده این فناوری نوین به شمار می‌آیند و بهبود حرکات استفاده‌کننده در حین پیاده‌روی را موجب می‌شوند. شرکت هوندا که این فناوری نوین را به مرحله تولید انبوه رسانده است از سال 1999 پروژه آن را کلید زده است و پس از گذشت نزدیک به یک دهه، نتیجه درخشان این سرمایه‌گذاری نمایان شده است. بدون شک مهم‌ترین مشخصه این سازه رباتیکی وزن بسیار اندک آن است، تنها 8/2 کیلوگرم و برای این که برای تمامی افراد قابل استفاده باشد، قرار است در 3 اندازه متفاوت ساخته شود. باتری این اسکلت کوچک از نوع لیتیوم یونی است و با هر بار شارژ تا 2 ساعت روشن می‌ماند که کاربر می‌تواند در این مدت با سرعت 5/4 کیلومتر بر ساعت حرکت کند. این فناوری نوین برای آن دسته از افرادی مناسب است که توانایی ایستادن روی پاهای خود و پیاده‌روی کردن را داشته، اما با طی کردن مسافتی کوتاه قادر به ادامه مسیر نیستند.

گرچه فناوری‌هایی نظیر HAL، REX یا حتی دستگاه کمک حرکتی شرکت هوندا معمولا در شرکت‌های تحقیقاتی طراحی و تولید می‌شوند، اما در بسیاری از دانشگاه‌های سراسر جهان نیز تحقیقات و دستاوردهای چشمگیری حاصل شده است. دانشگاه برکلی در کالیفرنیا ازجمله این دانشگاه‌هاست که با ارائه اسکلت بیونیکی eLEGS خبرساز شده است. این سازه بیونیکی با استفاده از رایانه کنترل می‌شود و  به گونه‌ای طراحی شده است که افراد معلول با پوشیدن آن می‌توانند راه بروند. افرادی که این اسکلت را می‌پوشند، توانایی چشمگیری در بلند شدن از روی صندلی چرخدار پیدا کرده و حتی می‌توانند از پله‌ها نیز بالا بروند، هر چند توصیه طراحان این دستگاه بر این است که این افراد از چوب دستی نیز به عنوان ابزاری کمکی استفاده کنند. استفاده از این فناوری جدید کار چندان دشواری نیست و کاربر حتی می‌تواند آن را روی لباس خود نیز بپوشد. این پوشش حتی دارای کفش نیز هست و کاربر برای استفاده از آن تنها باید کفش‌های خود را در این پوشش‌ها قرار دهد. یکی دیگر از قابلیت‌های مهم این فناوری نوین امکان کوچک و بزرگ کردن آن است. افرادی که قد آنها بین 157 تا 193 سانتی‌متر بوده و نهایتا تا یکصدکیلوگرم وزن دارند به‌راحتی می‌توانند از امکانات آن بهره‌مند شوند. وزن کل این مجموعه نیز تنها حدود 20 کیلوگرم است که یکی از جنبه‌های مثبت آن به شمار می‌آید. زمانی که فرد معلول این پوشش را بر تن می‌کند، حسگرهای مرتبط با رایانه مرکزی اشارات مختلف فرد را زیر نظر قرار می‌دهند و به محض تشخیص کاری که تمایل به انجام آن نشان داده می‌شود، کل سازه به کمک فرد آمده تا این حرکت به بهترین نحو ممکن انجام شود. البته تمامی این مراحل در آن واحد انجام می‌شود. عمر بالای باتری در هر بار شارژ نیز یکی دیگر از نقاط قوت این فناوری نوین به شمار می‌آید، به طوری که در هر بار شارژ تا 6 ساعت کارایی دارد. فرد معلولی که این پوشش را بر تن می‌کند، می‌تواند با حداکثر سرعت 22/3 کیلومتر بر ساعت راه برود. محققان آینده روشنی را برای این فناوری نوین در نظر گرفته‌اند. قرار است در سال جاری میلادی استفاده از این دستگاه در مراحل کلینیکی مورد بررسی قرار گیرد که در صورت موفقیت نهایی، شمار محدودی از آن تولید و در آمریکای شمالی به فروش خواهد رسید. البته خرید این دستگاه پایان کار نیست و افرادی که آن را تهیه می‌کنند باید دوره‌های آموزشی مختلفی را نیز سپری کنند تا در آینده و بدون نیاز به مربی نیز بتوانند از آن استفاده کنند. محققان دانشگاه برکلی در نظر دارند تا در آینده، استفاده از این فناوری نوین برای تمامی معلولان حرکتی که تمایل به استفاده از آن دارند فراهم شود.

اسکلت‌های رباتیکی نظیر HAL، REX و همچنین سیستم‌های کوچک، اما کاربردی یاری‌رسان افراد، در زمان پیاده‌روی نشانه‌های روشنی از پیشرفت فناوری‌های نوین در عرصه کمک به معلولان حرکتی است. گرچه در سال‌های اخیر و با استفاده از دستاوردهایی همچون پیوند ژنتیکی و استفاده از سلول‌های بنیادین کمک زیادی به افراد دچار معلولیت‌های حرکتی شده است، اما تا زمانی که بتوان با استفاده از این تکنیک‌ها افراد معلول بار دیگر راه رفتن را تجربه کنند، فاصله بسیار زیادی داریم. تا آن زمان استفاده از سیستم‌های کمک حرکتی نظیر اسکلت‌های رباتیکی و پوشش‌های بیونیکی می‌تواند انتخاب تاثیرگذاری باشد. این پیشرفت چشمگیر در حالی است که تا یک دهه پیش عملا استفاده از این نوع اسکلت‌ها تنها به مقالات و چکیده‌های تحقیقاتی منتهی می‌شد، اما اکنون نمونه‌های اولیه بسیاری از این محصولات روانه بازار شده‌اند. این تازه گام نخست است. گام مهم بعدی پیدا کردن مواد و قطعاتی جدید و البته ارزانقیمت‌تر است تا هزینه نهایی این محصولات باز هم کاهش پیدا کند. تنها در این صورت است که می‌توان به همه‌گیرشدن استفاده از این نوع دستگاه‌ها امیدوار بود. پیش‌بینی می‌شود تا سال 2020 نسخه‌های متعددی از این نوع اسکلت‌ها طراحی و روانه بازارهای جهانی شوند. هم‌اکنون در بسیاری از کشورهای جهان ازجمله کشورهای اروپایی و شرق آسیا سرمایه‌گذاری‌های کلانی در این زمینه شده است، اما نباید از یاد برد که بسیاری از معلولان حرکتی نیازمند به این فناوری‌ها در مناطق محروم جهان زندگی می‌کنند.