پیشرفتهای تکنولوژیکی اخیر، امکانات جدیدی را برای توسعه ابزارهای کمکی و پزشکی، از جمله اندامهای مصنوعی ایجاد کرده است. در حالی که این اندامها قبلاً اشیاء سختی با همان شکل اندامها بودند، پروتزها اکنون نرمتر و واقعیتر به نظر میرسند و برخی نیز اجزای رباتیکی را ادغام میکنند که عملکردهای آنها را به میزان قابل توجهی گسترش میدهد.
با وجود این پیشرفتها، بیشتر اندامهای رباتیکی که در بازار موجود هستند، به راحتی و به طور شهودی توسط کاربران قابل کنترل نیستند. این امر به طور قابل توجهی اثربخشی آنها و میزان بهبود کیفیت زندگی افراد را محدود میکند.
محققان در موسسه فناوری ایتالیا (IIT) و امپریال کالج لندن اخیراً یک دست مصنوعی نرم جدید ساختهاند که کنترل آن برای کاربران آسانتر است. این سیستم که در مقاله ای در مجله Science Robotics ارائه شده است، از یک رویکرد کنترلی جدید استفاده می کند که الگوهای هماهنگی چند انگشت (یعنی سینرژی های وضعیتی) را با رمزگشایی فعالیت نورون های حرکتی در ستون فقرات افراد ادغام می کند.
آنتونیو بیچی، یکی از نویسندگان این مقاله، به تکسپلور گفت: «مقاله اخیر ما نتیجه یک کمک هزینه همافزایی ERC است که گروه من در IIT و گروه داریو فارینا در امپریال کالج لندن برای ایجاد یک ارتباط جدید و 'طبیعیتر' بین کاربران و دستهای مصنوعی خود از طریق برقراری ارتباط بین انسان و هوش مصنوعی از طریق یک ارتباط عصبی، همکاری کردند.»
وقتی انسانها یک کار دستی را انجام میدهند، معمولاً حرکات انگشتان خود را به صورت پویا هماهنگ میکنند. این الگوهای هماهنگی اساسی به عنوان سینرژی های وضعیتی شناخته می شوند.
بیچی، فارینا و همکارانش روشی برای کنترل اندام های مصنوعی ابداع کردند که سینرژی های وضعیتی را با رمزگشایی عصبی فعالیت های نورون های حرکتی نخاعی ادغام می کند. به عبارت دیگر، الگوهای هماهنگی انگشت با تجزیه و تحلیل سیگنال های الکتریکی ناشی از سیستم عصبی افراد ترکیب می شود، که می تواند برای پیش بینی حرکاتی که آنها می خواهند دست رباتیک در یک زمان معین انجام دهد، استفاده شود.
بیچی توضیح داد: «این دست با ترکیبی از مواد نرم، برای پوست، تاندون ها و رباط ها و مواد سخت، برای استخوان ها ساخته شده است.»
««استخوانهای» مصنوعی به جای چرخیدن حول پینهایی که دستهای رباتی به طور معمول انجام میدهند، روی هم میغلتند. چیدمان تاندون به گونهای است که دست میتواند با شکل اشیایی که باید گرفته شوند سازگار شود و در نتیجه رفتار گرفتن خودکار و هوشمندی را که در دستهای انسان مشاهده میشود، بازتولید کند.»
یکی از ویژگی های منحصر به فرد دست مصنوعی نرم ساخته شده توسط این تیم از محققان این است که نه تنها به کاربران امکان می دهد به طور شهودی اشیاء را بگیرند، بلکه آنها را به روش های خاصی دستکاری کنند. به عنوان مثال، می تواند به کاربران این امکان را بدهد که نه تنها یک بطری آب را بگیرند، بلکه درپوش آن را بین انگشتان دست رباتیک بچرخانند تا آن را باز کنند.
بیچی، فارینا و همکارانشان عملکرد دست را در یک سری آزمایشهای اولیه ارزیابی کردند که شامل افرادی میشد که همه اندامهای خود را دارند و افرادی که به دست مصنوعی نیاز دارند. یافتههای آنها بسیار امیدوارکننده بود، زیرا مشخص شد که دست به کاربران امکان میدهد حرکات پیچیده دست را انجام دهند و اشیاء را دقیقتر و طبیعیتر از آنچه با استفاده از سایر دستهای مصنوعی انجام میدادند، دستکاری کنند.
در آینده، رویکرد کنترل و طراحی ابداع شده توسط این محققان می تواند در توسعه سایر اندام های مصنوعی مورد استفاده قرار گیرد. دست مصنوعی نرمی که آنها معرفی کردند همچنین می تواند بیشتر بهبود یابد و در محیط های بالینی آزمایش شود، که می تواند در نهایت به تجاری سازی آن کمک کند.
بیچی گفت: «ما نشان دادیم که یک اتصال مستقیم بین دو سطح از سطوحی وجود دارد که یک سازمان هوشمند در 'سینرژیها' از انبوه و پیچیدگی دلهرهآور دستهای انسان قبلاً مشاهده شده بود.»
«از یک سو، پدیدارشناسی گرفتن انسان شناخته شده بود که فضایی نهفته از چند الگو را نشان میدهد که بر استفاده روزانه از دستها تسلط دارد. از سوی دیگر، بازسازی سیگنالهای نورون حرکتی که برای فرمان دادن به دست از نخاع استفاده میشود، همچنین یک فضای کم بعدی را نشان میدهد که ابعاد بسیار زیاد آنها را کاهش میدهد. این مقاله این دو سطح را به هم پیوند میدهد و اثربخشی استفاده از زبان نورون حرکتی را برای کنترل طبیعیتر دستهای نرم با الهام از زیست نشان میدهد.»
اطلاعات بیشتر: پاتریشیا کاپسی-مورالس و همکاران، ادغام نورون های حرکتی و سینرژی های وضعیت در طراحی دست مصنوعی برای رابط بیونیکی طبیعی، Science Robotics (2025). DOI: 10.1126/scirobotics.ado9509.
اطلاعات مجله: Science Robotics
© 2025 Science X Network