ابتكر الباحثون في جامعة جونز هوبكنز يدًا صناعية أفضل بتصميم هجين يمكنه الإمساك بدقة بمجموعة متنوعة من الأشياء بالقدر المناسب من الضغط. وتجمع ملحقات الروبوت بين مكونات صلبة ومرنة لتقليد البنية الطبيعية لليد البشرية، بالإضافة إلى مجموعة من أجهزة الاستشعار والأنظمة التي توفر ردود فعل لأعصاب المستخدم.
وفي التجارب، نجح في التقاط والتلاعب بـ 15 جسمًا مختلفًا، بما في ذلك الحيوانات المحنطة الرقيقة، وصناديق الورق المقوى، والأناناس، وزجاجات المياه المعدنية، وحتى كوبًا بلاستيكيًا واهيًا مملوءًا بالماء - دون خدشها أو إتلافها.
"نريد أن نسمح للأشخاص الذين فقدوا أطرافهم العلوية بالتفاعل بأمان وحرية مع محيطهم والشعور بأحبائهم واحتضانهم دون خوف من إيذاءهم"، يوضح سريرامانا سانكار، طالب دكتوراه في الهندسة الطبية الحيوية الذي قاد المشروع البحثي. قدم سانكار النتائج في بحثه الأول، الذي نشر هذا الأسبوع في مجلة Science Advances.
ويشبه الجهاز الاصطناعي يد الإنسان إلى حد كبير، بأصابعه ذات المفاصل الخمسة المصنوعة من بوليمر ناعم ومطاطي وهيكل عظمي مطبوع ثلاثي الأبعاد. ثلاث طبقات من أجهزة الاستشعار اللمسية المستوحاة من الحياة تمكنه من فهم الأشياء المختلفة والتمييز بينها بشكل صحيح. تمتلئ مفاصل الأصابع بالهواء وتتحكم فيها عضلات الساعد.
وقال سانكار: "تتم ترجمة المعلومات الحسية من الأصابع إلى لغة عصبية، مما يوفر ردود فعل حسية طبيعية من خلال تحفيز العصب الكهربائي". "وهذا بفضل خوارزمية التعلم الآلي التي تركز الإشارات من أجهزة الاستشعار ثم تعيدها إلى الأعصاب في جسم المستخدم - على غرار الأطراف الاصطناعية الأخرى."
تعمل هذه الإشارات على سد الفجوة بين الدماغ والأعصاب، مما يسمح لليد بالاستجابة لما تلمسه. هذا النظام يجعل الروبوت أكثر سهولة في الاستخدام ويشبه يد الروبوت الحقيقية أكثر من المنتجات المماثلة التي رأيناها من قبل.
حاليًا، يمكن التحكم في الأيدي الآلية باستخدام إشارات كهربية عضلية، وعادةً ما يستخدم الأشخاص الذين يعانون من فقدان الأطراف العلوية إشارات كهربية عضلية للتحكم في الأيدي الاصطناعية الكهربية العضلية. يقوم جهاز MyoArmband، الذي تبلغ قيمته 150 دولارًا يتم التحكم فيه بالإيماءات، بجمع وتصنيف الإشارات الكهربية العضلية، ثم يرسل موضع اليد إلى وحدة التحكم الدقيقة Arduino، التي تعمل على تشغيل اليد الآلية بالهواء المضغوط.
"إذا كنت تحمل كوبًا من القهوة، فكيف تعرف أنك ستسقطه؟" قال قائد الدراسة نيتيش ثاكور. "ترسل راحة يدك وأطراف أصابعك إشارات إلى دماغك بأن الكأس ينزلق." نظامنا مستوحى عصبيًا - تم تصميمه على غرار مستقبلات اللمس في اليد، والتي تولد معلومات شبيهة بالعصبية حتى يتمكن "دماغ" الطرف الاصطناعي، أو جهاز الكمبيوتر الخاص به، من فهم ما إذا كان الشيء ساخنًا أو باردًا، ناعمًا أو صلبًا، أو إذا انزلق من القبضة. "
وهذه خطوة إلى الأمام من الجهود السابقة التي شهدناها في مجال تطوير الأطراف الاصطناعية. وفي العام الماضي، أظهر علماء إيطاليون طريقة للكشف عن درجة حرارة الأشياء التي تلمسها اليد الاصطناعية. وفي وقت مبكر من عام 2021، أظهر مشروع مشترك بين معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة شنغهاي جياو تونغ يدًا صناعية يمكنها تضخيم الأصابع الفردية المصنوعة من المطاط الصناعي الناعم بدقة للإمساك بالأشياء وتوفير ردود فعل ملموسة.
يمكن للتكنولوجيا الجديدة أن تزود مبتوري الأطراف بأطراف صناعية أكثر دقة وذات ملمس طبيعي، وتسمح للروبوتات البشرية بالتعامل ببراعة أكبر مع العناصر الحساسة في المنزل وبناء المزيد من الروبوتات على خطوط التجميع.
وسيواصل الفريق تطوير الجهاز، واستكشاف إضافة قبضة أقوى، والمزيد من أجهزة الاستشعار والمواد ذات الجودة الأعلى.