پروتز های هوشمند دست و پا امروزه به لطف فناوریهای پیشرفته مانند هوش مصنوعی، حسگرهای عصبی، یادگیری ماشینی و چاپ سهبعدی، به حدی از دقت و هماهنگی رسیدهاند که حتی میتوانند حرکت طبیعی انسان را بازسازی کنند.
پروتزهای هوشمند یکی از شگفتانگیزترین دستاوردهای علم پزشکی و فناوری هستند که مرز میان انسان و ماشین را کمرنگتر کردهاند. تصور کنید فردی که سالها پیش به دلیل حادثه یا بیماری یکی از اندامهای خود را از دست داده است، امروز میتواند با یک دست مصنوعی یا پای مصنوعی جدید، همان حس و عملکرد طبیعی بدن خود را تجربه کند. این همان معجزهی فناوریهای هوشمند است که در قالب پروتزهای پیشرفته تحقق یافته است.
پروتز هوشمند دست و پا نه تنها یک ابزار کمکی است، بلکه نوعی امتداد از بدن انسان محسوب میشود. برخلاف پروتزهای سنتی که فقط نقش زیبایی یا تکیهگاهی داشتند، پروتزهای جدید میتوانند حس لمس، فشار و حتی دما را شبیهسازی کنند. در واقع، فرد میتواند با استفاده از این فناوری، دوباره “احساس” کند — چیزی که تا چند سال پیش غیرممکن به نظر میرسید.
پروتز هوشمند دست و پا
پروتز هوشمند، نوعی اندام مصنوعی است که با استفاده از حسگرها، نرمافزارهای کنترل پیشرفته و گاهی هوش مصنوعی، توانایی تقلید عملکرد طبیعی اندام انسان را دارد. این نوع پروتز برخلاف مدلهای سنتی، نهتنها حرکت میکند بلکه میاندیشد و احساس میکند.
در پروتز هوشمند، مجموعهای از حسگرهای دقیق وظیفه دارند سیگنالهای عصبی بدن را دریافت و تحلیل کنند. سپس، این سیگنالها به فرمانهای حرکتی تبدیل میشوند که باعث حرکت نرم و دقیق پروتز میشود. به زبان سادهتر، اگر کاربر بخواهد انگشت خود را ببندد، مغزش همان پیام عصبی را ارسال میکند و پروتز، مانند دست واقعی، همان عمل را انجام میدهد.
تفاوت اصلی پروتز هوشمند دست و پا با پروتزهای قدیمی در نحوهی کنترل و بازخورد آن است. در حالیکه پروتزهای سنتی صرفاً مکانیکی بودند، پروتزهای هوشمند با سیستم عصبی بدن در ارتباط هستند. برخی از آنها حتی میتوانند دما، فشار یا جنس سطحی را که لمس میکنند، به کاربر منتقل کنند.
بهعنوان مثال، دست هوشمندی که با استفاده از الگوریتمهای یادگیری ماشینی کار میکند، میتواند بهمرور زمان یاد بگیرد که کاربر چگونه از آن استفاده میکند و حرکاتش را متناسب با الگوی رفتاری او تنظیم کند. این یعنی پروتز نهتنها ابزار، بلکه بخشی از بدن میشود — چیزی شبیه به یک همکار دیجیتالی که به بدن انسان متصل است.
نحوه عملکرد
برای درک نحوهی عملکرد پروتز هوشمند، باید بدانیم که این فناوری در واقع ترکیبی از علوم عصبشناسی، رباتیک و هوش مصنوعی است. در بدن انسان، زمانی که تصمیم میگیریم دست یا پای خود را حرکت دهیم، مغز از طریق اعصاب، سیگنالهای الکتریکی را به عضلات ارسال میکند. پروتز هوشمند از همین منطق استفاده میکند تا حرکات را شبیهسازی نماید.
در این نوع پروتز، مجموعهای از حسگرهای الکترونیکی (EMG Sensors) در محل اتصال پروتز با پوست کاربر نصب میشوند. این حسگرها کوچکترین تغییرات الکتریکی ناشی از فعالیت عضلات را تشخیص میدهند و آن را به زبان قابل فهم برای کامپیوتر تبدیل میکنند. سپس، میکروکنترلر مرکزی یا همان “مغز پروتز” این دادهها را پردازش کرده و فرمان حرکتی را به موتورها یا عملگرها (Actuators) ارسال میکند.
برای مثال، اگر فردی که از پروتز دست هوشمند استفاده میکند بخواهد شیئی را بگیرد، مغز او فرمانی را به عضلات باقیمانده در بازو ارسال میکند. حسگرها این سیگنال را دریافت میکنند و پروتز واکنش نشان میدهد: انگشتان مصنوعی خم میشوند و شیء را میگیرند. نکتهی جالبتر اینجاست که برخی از این پروتزها مجهز به بازخورد لمسی (Tactile Feedback) هستند. یعنی وقتی جسمی لمس میشود، پروتز فشار وارد شده را اندازهگیری کرده و به شکل لرزش یا سیگنال عصبی به بدن منتقل میکند تا شخص احساس “لمس واقعی” را تجربه کند.
در مدلهای پیشرفتهتر، حتی از الکترودهای کاشتنی درون اعصاب استفاده میشود تا ارتباط مستقیمی بین مغز و پروتز برقرار شود. در این حالت، فرد میتواند با تصور حرکت، پروتز خود را کنترل کند، بدون آنکه نیاز به حرکت فیزیکی عضلات باقیمانده داشته باشد.
این سیستمها معمولاً شامل بخشهای زیر هستند:
- حسگرهای الکترومیوگرافی (EMG) برای دریافت سیگنالهای عصبی
- میکروکنترلر و نرمافزار کنترل حرکتی برای پردازش دادهها
- موتورهای میکروسکوپی و عملگرها برای اجرای حرکات
- سیستم بازخورد لمسی یا حرارتی برای انتقال حس به کاربر
- باتری و منبع تغذیه قابل شارژ برای عملکرد مداوم
به لطف فناوریهای نوین مانند هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی، این پروتزها اکنون قادرند رفتار کاربر را تحلیل کرده و حرکات آینده را پیشبینی کنند. یعنی اگر کاربر هر روز از یک الگوی حرکتی خاص استفاده کند، پروتز میتواند آن را یاد بگیرد و در آینده سریعتر و طبیعیتر واکنش نشان دهد.
انواع پروتز هوشمند دست و پا
پروتزهای هوشمند بسته به نوع اندام مورد نظر و فناوریهای بهکاررفته، در دو دستهی اصلی تقسیم میشوند: پروتز هوشمند دست و پروتز هوشمند پا. هر یک از این نوع پروتزها، ساختار، عملکرد و اهداف متفاوتی دارند، اما در عین حال هدف مشترکی را دنبال میکنند: بازگرداندن توانایی طبیعی به انسان.
پروتز هوشمند دست معمولاً شامل انگشتان مفصلی، کف دست و مچ متحرک است که با استفاده از حسگرهای عضلانی یا عصبی کنترل میشود. این نوع پروتزها میتوانند حرکات دقیق مانند گرفتن خودکار، نگه داشتن فنجان یا تایپ کردن را شبیهسازی کنند.
از سوی دیگر، پروتز هوشمند پا بر روی حرکت، تعادل و تحمل وزن تمرکز دارد. این پروتزها معمولاً از زانوهای مکانیکی-هوشمند، مچهای انعطافپذیر و حسگرهای فشاری استفاده میکنند تا حرکت طبیعی در هنگام راه رفتن یا دویدن ایجاد شود.
