طراحی الگوریتم‌های کنترلی اسکلت‌های خارجی توانبخشی برای افراد ناتوان

پژوهشگران دانشگاه تهران موفق به  طراحی الگوریتم‌های کنترلی برای اسکلت‌های خارجی توانبخشی بخش پائین‌تنه برای افراد ناتوان و کم‌توان شدند.

دکتر رضوان نصیری، عضو هیئت علمی گروه هوش ماشین و رباتیک دانشگاه تهران در گفت‌وگو با ایسنا با بیان این‌که در دوره پسا دکتری خود در دانشگاه واترلو کانادا و در آزمایشگاه دکتر آرامی AramiLab و با همکاری دکتر مجید نیلی احمد آبادی هیئت علمی گروه هوش ماشین و رباتیک دانشگاه تهران از سال ۱۴۰۰ تاکنون تمرکز خود را برروی طراحی و توسعه الگوریتم‌های کنترلی برای اسکلت‌های خارجی توانبخشی معطوف کرده است، اظهار کرد: در همین راستا مقالات متعددی را به چاپ رسانده‌ام و یکی از به روزترین الگوریتم‌های کنترلی برای این دسته از اسکلت‌های خارجی را با عنوان Virtual Energy Regulator طراحی کرده‌ام.

وی افزود: این الگوریتم قادر است با عمکرد کاربر خود را همزان (Coordination) کند و از همین‌رو بهترین عملکرد را در مقایسه با سایر الگوریتم‌های کنترلی توسعه‌یافته تاکنون داشته است.

این پژوهشگر دانشگاه تهران با این توضیح که بخش اعظمی از ناتوانان جسمی، افرادی هستند که به توانبخشی پائین‌تنه برای راه رفتن نیاز دارند و یا اصلاً قادر به راه رفتن نیستند، گفت: این افراد را سالمندان، افراد ضایع نخاعی، افراد سکته مغزی، بیماران پارکینسونی و ... تشکیل می‌دهند.

دکتر نصیری ادامه داد: راه رفتن برای این افراد سبب جلوگیری از زخم بستر، پوکی استخوان، کاهش حجم عضلات و ... می‌شود. از طرفی در بسیار از موارد راه رفتن به‌عنوان یکی از بهترین روش‌های فیزیوتراپی به این افراد کمک می‌کند تا بخشی از توان عضلانی و یا عصبی از دست رفته خود را بازیابی کنند.

وی در ادامه خاطرنشان کرد: هم‌چنین راه رفتن برای این افراد به‌منزله حضور اجتماعی بوده و سبب افزایش روحیه و بازیابی اعتماد به نفس خواهد شد. در مجموع از دست دادن توان راه رفتن در درازمدت سبب بسیاری از مشکلات روحی و جسمی خواهد شد. بر همین اساس راه رفتن برای این افراد بسیار مهم و حیاتی است و از همین‌رو طراحی اسکلت‌های خارجی توانبخشی برای کمک به این افراد از اهمیت خاصی برخوردار است.

هیئت علمی گروه هوش ماشین و رباتیک دانشگاه تهران در ادامه تصریح کرد: تاکنون اسکلت‌های خارجی متنوعی توسط شرکت‌های متعدد بین‌المللی برای افراد ناتوان جسمی پایین‌تنه طراحی شده‌اند، اما با وجود ساختار مکانیکی طراحی شده با قابلیت‌ بالا همچنان این ابزارها چنان که باید در کمک به افراد ناتوان کاربردی نیستند.

دکتر نصیری با بیان این‌که تصحیح مدل‌ بیومکانیکی بدن در توزیع نیروی عضلات یکی دیگر از دستاوردهای پژوهشگران دانشگاه تهران در گروه هوش ماشین و رباتیک است، گفت: یکی از چالش‌های مهم در زمینه مدلسازی، ساخت و کنترل ربات‌های توانبخشی هزینه‌های بالای آزمایشات و زمانبر بودن آن‌هاست.

وی افزود: به‌نحوی که گاهاً برای مدلسازی، ساخت و کنترل یک ربات توان‌بخشی چندین سال زمان صرف می‌شود و در نهایت زمانی که به تست انسانی ربات می‌رسد نتایج امیدوارکننده نیستند و ربات ساخته‌شده در آزمایشات موفق نیست.

این پژوهشگر دانشگاه تهران گفت: این سبب می‌شود تا سال‌ها وقت، هزینه و تلاش‌های پژوهشگران به هدر برود. یکی از بهترین روش‌ها برای کاهش چنین هزینه‌هایی استفاده از شبیه‌سازهای بدن انسان است. اما متأسفانه شناخت ما از بیومکانیک بدن انسان کامل نیست و از همین‌رو عموماً نتایج بدست آمده در شبیه‌سازی‌ها اصلاً با واقعیت تطابق ندارند.

دکتر نصیری خاطرنشان کرد: در همین راستا مجموعه‌ای از کارهای تحقیقاتی توسط این گروه تحقیقاتی صورت گرفت تا مدل‌های موجود از بیومکانیک بدن انسان در تعامل با یک سیستم رباتیکی را تصحیح کند.

وی ادامه داد: این پروژه در قالب چند پروژه تحقیقاتی ارشد و دکتری حمیدرضا آفتابی و مجتبی رعیتی دماوندی پیگیری شد و نتایج حاصل در سه مقاله ژورنالی به چاپ رسیدند.

هیئت علمی گروه هوش ماشین و رباتیک دانشگاه تهران تصریح کرد: این گروه تحقیقاتی توانست برای نخستین بار در سطح بین‌الملل مدلی از توزیع نیرو بین عضلات پیشنهاد دهد که با دقت ۷۵ درصد با نتایج بدست آمده در آزمایشات تطابق دارد و این یک گام بزرگ در راستای کاهش هزینه‌های تحقیقاتی و تسریع پژوهش‌ها در حوزه ربات‌های توانبخشی است.

Aftabi, H., Nasiri, R., & Ahmadabadi, M. N. (2021). Simulation-based biomechanical assessment of unpowered exoskeletons for running. Scientific Reports, 11(1), 1-12.