پای مصنوعی‌ای که از عهده زمین‌های دشوار بر می‌آید

اقدام به مسابقه پیاده روی یا طی یک جاده سنگفرش، با یک پای مصنوعی یک پیشنهاد ریسکی است؛ این امکان، حتی در زمین های نسبتاً ساده، وجود دارد که افرادی که از عضوهای مصنوعی برای راه رفتن استفاده می کنند نسبت به دیگران احتمال بیشتری برای افتادن داشته باشند. در حال حاضر، مهندسان مکانیک دانشگاه استنفورد یک پای مصنوعی پایدارتر، و راه بهتری برای طراحی آن، را توسعه داده اند که می تواند زمین های چالشی را برای افرای که که قسمت پایین یک پای خود را از دست داده اند قابل اداره تر سازد.
 
سنگ بنای طرح جدید نوعی پای سه پایه ای است که به زمین ناهموار به طور فعال با تغییر فشار بین سه نقطه تماس مختلف پاسخ می دهد. چون پا به اهمیت یک ابزارِ کار است، این تیم به سرعت کار خود را برای رقابت پذیری و بهبود نمونه های اولیه خود توسعه داده است.
 
استیون کالینز، استادیار مهندسی مکانیک و عضو Stanford Bio-X، گفت: "شبیه سازهای پروتز به ما اجازه می دهند طرح های مختلفی را بدون هزینه های سرباری ساخت سخت افزار جدید امتحان کنیم." وی گفت: "اساسا می توانیم هر گونه ایده های طراحی دیوانه واری که ممکن است داشته باشیم را امتحان کنیم و ببینیم چگونه مردم به آنها واکنش نشان می دهند"، بدون این که نیاز به ساخت هر ایده به صورت جداگانه باشد، تلاشی که می تواند ماه ها یا سال ها برای هر طرح متفاوت زمانبر باشد.
 

تقریبا نیم میلیون نفر در ایالات متحده یک اندام زیرین خود را از دست داده اند، با تأثیراتی که به راحتی ورای صرفاً سختتر شدن حرکت به اطراف است. احتمال افتادنِ افرادی با یک پای قطع شده در یک دوره یک ساله پنج بار بیشتر است، که این ممکن است به توضیح این که چرا آنها همچنین کمتر درگیر کارهای اجتماعی می شوند، کمک کند. یک اندام مصنوعی بهتر می تواند نه تنها تحرک، بلکه کیفیت کلی زندگی را نیز بهبود بخشد.

 

اعتبار: کورت هیکمن
 
یک زمینه‌ی مورد علاقه ویژه، ساخت اندامهایی مصنوعی است که می توانند با زمین های ناهموار بهتر سروکار داشته باشند. چیو، ولوشینا، و کالینز فکر کردند که راه حل ممکن است یک سه پایه با پاشنه عقب و دو پنجه جلو باشد. مجهز شده با سنسورها و موتورهای موقعیت، پا می تواند جهت گیری خود را برای پاسخ به زمین های مختلف تنظیم کند، بسیار شبیه به فردی با پای سالم که می تواند با حرکت پنجه ها و خم کردن قوزک در حال حرکت روی زمینی ناهموار حرکت هایی جبرانی را انجام دهد.
 
اما مهندسان می دانستند که کامل کردن طرح - حتی با طراحی های ساده - می تواند سخت باشد؛ یک رویکرد مرسوم می تواند سال ها یا بیشتر طول بکشد. چیو گفت: "ابتدا باید یک ایده را مطرح کنید و سپس نمونه اولیه آن را تولید کنید و سپس یک نسخه ماشینکاری خوب از آن را بسازید." "این می تواند چند سال طول بکشد و اغلب اوقات متوجه می شوید که در واقع کار نمی کند."
 

چیو و تیم او فکر کردند که می توانند به این فرایند با توسعه یک شبیه ساز، که فرایند طراحی امتحانی را سریع انجام می دهد، شتاب دهند. به جای ساخت یک اندام مصنوعی که فرد می تواند در دنیای واقعی تست کند، تیم یک پای سه پایه‌ی اساسی ساخت، سپس آن را به موتورهای قدرتمند آف بورد و سیستم های کامپیوتری متصل کرد که کنترل می کردند که همان طور که کاربر روی انواع عوارض زمینی حرکت می کند چگونه پا عکس العمل نشان می دهد.
 
در این راستا، تیم می تواند تمرکز خود را بر روی نحوه عملکرد پروتز قرار دهد – در حین راه رفتن، یک پنجه با چه سختی‌ای باید به عقب هل دهد، پاشنه چقدر باید حالت فنری داشته باشد و قس علیهذا - بدون الزام در مورد نگرانی همزمان در مورد چگونگی ساخت سبک وزن دستگاه و ارزان درآوردن آن.
 
تا کنون تیم نتایج کار خود را با یک شرکت کننده، یک مرد 60 ساله که پای خود را از زیر زانو به خاطر دیابت از دست داده است، گزارش داده است و نتایج اولیه نوید بخش است، و تیم را امیدوار ساخته است که آنها می توانند از آن نتایج استفاده کنند و آنها را تبدیل کنند به پروتزهای توانمندتر.
 
کالینز گفت: "یکی از چیزهایی که ما از آن هیجان زده شده ایم این است که آنچه که ما در آزمایشگاه به دست می آوریم به دستگاه های سبک وزن و دارای مصرف توان کم و بنابراین ارزان قیمت که می توانند در خارج از آزمایشگاه تست شوند برگردانده می شود." یک اندام مصنوعی بهتر می تواند نه تنها تحرک، بلکه کیفیت کلی زندگی را نیز بهبود بخشد. "و اگر این به خوبی پیش برود، می خواهیم کمک به ساخت این محصول به گونه ای نماییم که مردم بتوانند در زندگی روزمره از آن استفاده کنند."
 

مهندسان MIT یک پای مصنوعی ساده‌ کم هزینه‌ی کنش پذیر را توسعه داده اند که می توانند آن را برای یک فرد سازوار نمایند. اعتبار: موسسه فناوری ماساچوست
 
فن آوری اندام مصنوعی، همراه با فراز و نشیب ها پیشرفت کرده است، و به افراد قطع عضوی طیفی از گزینه های فرایند زیستی را اعطا کرده است، از جمله زانو های مصنوعی کنترل شده با میکرو تراشه ها، پاهای مملو از سنسور کنترل شونده با هوش مصنوعی، و دست های روباتیک که یک کاربر می تواند با ذهن خود کنترل کند. اما چنین طرح های با تکنولوژی بالا می تواند ده ها هزار دلار هزینه داشته باشد، و آن را برای بسیاری از افراد قطع عضوی، به ویژه در کشورهای در حال توسعه، غیر قابل دستیابی کند.
 
در حال حاضر مهندسان مؤسسه فناوری ماساچوست یک پای مصنوعی ساده‌ کم هزینه‌ی کنش پذیر را توسعه داده اند که می توانند آن را برای یک فرد سازوار کنند. با توجه به وزن و اندازه بدن کاربر، محققان می توانند شکل و سفتی پای مصنوعی را طوری تنظیم کنند که راه رفتن کاربر مشابه با راه رفتن انسان سالم باشد. آنها برآورد می کنند که پا، اگر در مقیاس وسیع تولید شود، می تواند قیمتی کمتر از محصولات موجود داشته باشد.
 
منبع: ناتان کالینز، دانشگاه استنفورد، و مؤسسه فناوری ماساچوست