هيكل خارجي يستخدم التعلم الآلي لمساعدة ذوي القدرة المحدودة على المشي

يمكن أن يساعد الهيكل الخارجي، الذي يستخدم التعلم الآلي للتكيّف مع مشية المستخدم، في تسهيل المشي على الأشخاص ذوي القدرة المحدودة على الحركة.

إن الهيكل الخارجي، الذي يشبه الحذاء الآلي، خفيف الوزن ويسمح لمن يرتديه بالتحرك بحرية نسبياً، ما يزيد من سرعة المشي ويقلل من كمية الطاقة التي يستخدمها الشخص أثناء الحركة.

آلية عمل الهيكل

تم تطوير هذا الجهاز من قبل باحثين من جامعة ستانفورد، وهو يتكون من أجهزة استشعار منخفضة التكلفة يمكن ارتداؤها، ومحرك، وجهاز حاسوب صغير يسمى "راسبيري باي" (Raspberry Pi)، يعمل ببطارية قابلة للشحن يتم ارتداؤها حول الخصر. يتم تثبيت المستشعرات في الحذاء لقياس القوة والحركة بشكل خفي وغير مزعج.

يتم إدخال البيانات التي يوفرها الحذاء في نموذج التعلم الآلي، والذي بدوره يضبط الجهاز لإضفاء الطابع الشخصي على الدعم الذي يقدمه، واستخدام قوة الكاحل لاستبدال بعض وظائف عضلة ربلة الساق ومساعدة المستخدم على دفع الأرض بقدميه أثناء اتخاذ خطوة. وهذا ما يتيح المشي بشكل أسرع وبجهد أقل. يستغرق النموذج ساعة واحدة فقط لبدء تخصيص الطريقة التي يساعد بها الجهاز الأشخاص الذين يرتدونه، ولأنه يتعلم باستمرار من بيانات المستشعر، يمكن للجهاز التكيّف بمرور الوقت مع تغير طريقة مشي المستخدم.

وجد الفريق أن الجهاز أدى إلى زيادة في سرعة المشي بنسبة 9%، وانخفاض بنسبة 17% في الطاقة المستهلكة أثناء المشي بشكل طبيعي، مقارنةً بالمشي بواسطة أحذية عادية. تم وصف النتائج التي توصلوا إليها في ورقة بحثية في مجلة "نيتشر" (Nature) بتاريخ 12 أكتوبر/ تشرين الأول 2022. وعند اختبار الجهاز ومقارنته بأجهزة مماثلة أخرى على جهاز المشي، فقد وفر ضعف الجهد المبذول تقريباً. شبّه الباحثون توفير الطاقة وزيادة السرعة بـ"خلع حقيبة ظهر تزن 30 رطلاً".

مزايا الهيكل الجديد

على الرغم من وجود الهياكل الخارجية الداعمة منذ سنوات، فإنه من الصعب تكيّفها مع مستخدميها لأنها غالباً ما تكون كبيرة وثقيلة. وقد اقتصر نجاحها إلى حد كبير على أجهزة المشي داخل المختبرات، كما أنها باهظة الثمن. الهيكل الخارجي الذي قام فريق ستانفورد بتصميمه أصغر بكثير من الهياكل الموجودة في السوق، ومن السهل نقله.

يقول الباحثون إن المشروع يمثل الفرصة الأولى التي يُظهر فيها هيكل خارجي قدرته على توفير الطاقة البشرية في ظروف حقيقية. وهم متفائلون بقدرة الهيكل الخارجي على مساعدة كبار السن ذوي القدرة المحدودة على الحركة، أو الأشخاص الذين يعانون من مشكلات في العضلات، على التحرك بحرية أكبر.

يقول رئيس مركز الروبوتات المتقدمة في جامعة كوين ماري في لندن، كاسبر آلثوفر، والذي لم يشارك في الدراسة: "يجب أن يكون الفريق قادراً على طرح المنتج في السوق العامة في نهاية المطاف،

وسيكون ذلك مفيداً جداً لأولئك الذين ربما فقدوا قوتهم ويرغبون في المشي أكثر".

بدأ مؤلفو التقرير دراسات تركز على مساعدة كبار السن، ويعتقدون أنه يمكن تطوير النموذج الأولي للجهاز ليصبح منتجاً تجارياً يساعد الأشخاص بشكل مثالي أثناء قيامهم بأعمالهم اليومية.

يقول طالب الدكتوراة، باتريك سليد، الذي عمل على مشروع الهيكل الخارجي: "نأمل أن يكون هذا مشابهاً إلى حد ما للدراجات الإلكترونية، إنه لا يقوم بكل العمل نيابة عنك، ولكنه يصل إلى مستوى من الجهد يشعر الناس بالراحة معه".