گام‌‌های طبیعی با پاهای مصنوعی

به همین خاطر تیم‌های مختلفی در سراسر جهان به دنبال یافتن راهکار فراهم کردن امکان راه‌ رفتن برای توان‌یابان براساس ایجاد ارتباطات عصبی و مغزی هستند. اندام‌های بیونیک یا اندام‌های مهندسی‌شده الهام گرفته از زیست، درواقع فناوری جدیدی حاصل از ترکیب علم زیست‌شناسی و الکترونیک است که امکان شبیه‌سازی اندام‌های مصنوعی و انتقال پیام عصبی را فراهم می‌کند. در اقدامی جدید، گروهی از محققان موسسه فناوری ماساچوست در کمبریج موفق به کارآزمایی بالینی نوعی پای بیونیک روی تعداد محدودی از توان‌یابان شده‌اند که به آنها امکان راه‌رفتن بدون نیاز به فکر کردن را داده است.اندام بیونیک از رابطی کامپیوتری استفاده می‌کند که می‌تواند پیام‌های عصبی را از عضلات در قسمت باقیمانده ساق پا دریافت کرده، آن را تقویت کند و به فرد اجازه دهد تا پروتز را با پیام‌های عصبی و واکنش‌های طبیعی خودحرکت دهد.دراین کارآزمایی بالینی که شامل ۱۴نفر بود،شرکت‌کنندگان با این رابط توانستند ۴۱ درصد سریع‌تر از کسانی که پاهای رباتیک استاندارد داشتند، راه بروند.آنها همچنین تعادل وتوانایی بهتری برای تغییرسرعت،بالا رفتن ازپله‌ها وعبور ازموانع با بلند کردن گام‌ها داشتند.نتایج به‌دست آمده از این پژوهش روز دوشنبه ۱۱تیر۱۴۰۳ در نشریه علمی معتبر نیچر مدیسین منتشر شده و با بازخوردهای مثبت زیادی همراه بوده است. 
   
پیام‌های مغز به پای مصنوعی
هیو هر، بیوفیزیکدان موسسه فناوری ماساچوست و ازمحققان این مطالعه گفت: این اولین مطالعه‌ای است که الگوهای عصبی طبیعی راه رفتن را به صورت کامل بازآرایی و مدل‌سازی می‌کند. در این محصول جدید مغز فرد به صورت کامل پروتز بیونیک را کنترل می‌کند و خبری از استفاده از یک الگوریتم رباتیک ساده برای برای شبیه‌سازی راه رفتن نیست.این پای بیونیک جدید با وجود این‌که از تیتانیوم و سیلیکون وهمه این اجزای مختلف الکترومکانیکی ساخته شده،حسی بسیار نزدیک به اندام طبیعی برای فرد ایجاد می‌کند و توان‌یابان قادرند به طور طبیعی بدون حتی فکر آگاهانه، راه بروند وحرکت کنند.هیو هر، هر دو پایش را پس ازگرفتارشدن در یک کولاک در سال ۱۹۸۲ در حین بالا رفتن ازصخره‌های یخی در کوه واشنگتن نیوهمپشایر ازدست داده است. او می‌گوید که در آینده به دنبال امکان استفاده از نمونه‌های تولیدشده برای هر دوپایش خواهد بود. 
   
تعامل عضله با دستگاه 
بیشتر اندام‌های مصنوعی بیونیک موجود برای هدایت حرکت به الگوریتم‌های از پیش تعیین‌شده متکی است ومی‌تواند به طورخودکار بین حالت‌های ازپیش تعریف‌شده برای شرایط مختلف راه رفتن جابه‌جا شود. مدل‌های پیشرفته به افراد دچار قطع عضو کمک کرده‌ تا روان‌تر راه بروند، بدوند و از پله‌ها بالا بروند؛ اما ربات به جای کاربر، کنترل حرکت پا را برعهده دارد واین احساس که دستگاه بخشی از بدن است به وجود نمی‌آید.هور وهمکارانش در تلاش بودند تا این شرایط را تغییر دهند و رابطی ایجاد کردند که اندام رباتیک را با پیام‌‌هایی که ازاعصاب وماهیچه‌هایی که پس از قطع عضو باقی می‌مانند، کنترل می‌کند.کارآزمایی بالینی آنها شامل ۱۴شرکت‌کننده با قطع عضو زیر زانو بود. قبل از پوشیدن این دستگاه رباتیک، هفت نفر از آنها تحت عمل جراحی قرار گرفتند تا ماهیچه‌ها در بخش‌های باقیمانده پاهایشان به هم متصل شود.این روش جراحی که رابط عضلانی آگونیست-آنتاگونیست (AMI) نامیده می‌شود، با هدف بازآفرینی حرکات طبیعی ماهیچه‌ای به‌گونه‌ای است که انقباض یک عضله، موجب کشیده شدن عضله متقابل شود. این راهکار به کاهش درد، حفظ توده عضلانی و بهبود راحتی با اندام بیونیک کمک می‌کند.پای بیونیک تولیدشده شامل یک مچ پای مصنوعی دارای حسگرها،همراه با الکترودهایی است که به سطح پوست متصل می‌شود.این حسگرها پیام‌های الکتریکی تولیدشده درماهیچه‌های محل قطع عضو را می‌گیرد وآنهارابه کامپیوتر کوچکی ارسال می‌کند تا رمزگشایی شود. وزن پا ۲.۷۵کیلوگرم است که مشابه وزن متوسط ​​یک پای طبیعی است.

 بهبود سریع برای آزمایش این سیستم، شرکت‌کنندگان 
با استفاده از پاهای بیونیک جدید،هرکدام درمجموع شش ساعت تمرین کردند.سپس،محققان‌عملکرد رادرکارهای مختلف باعملکردهفت شرکت‌کننده دیگر که جراحی و پروتزهای معمولی دریافت کرده بودند، مقایسه کردند.ای‌ام‌آی سرعت پیام‌های عضلانی را به طور متوسط ​​به ۱۰.۵پالس در ثانیه افزایش داد، درحالی که درگروه کنترل حدود ۰.۷پالس درثانیه بود. اگرچه این سرعت معادل تنها ۱۸درصد از پیام‌های عضلانی در ماهیچه‌های دست‌نخورده طبیعی است. شرکت‌کنندگان گروه اصلی توانستند پروتزهای خود را کاملا کنترل کنند و۴۱درصد سریع‌تر ازگروه کنترل راه بروند. اوج سرعت آنهابا افرادی که قطع عضو نداشتند درهنگام راه رفتن روی زمین صاف در امتداد راهرویی به طول ۱۰متر یکسان بود.