الكشف عن ابتكار يد ثلاثية الأبعاد ذات أوتار وأنسجة مطاطية

صمم باحثون يد آلية واقعية تُحاكي الحركات الدقيقة لليد البشرية الطبيعية، وربما يساعد هذا التصميم في خلق يد اصطناعية روبورتية يصعب تمييزها بالكاد عن الأيدي الطبيعية مثل يد لوك سكاي ووكر الإلكترونية التي ظهرت في فيلم "حرب النجوم". وكان الباحثان زهي شو إيمانويل تودوروف من جامعة واشنطن في سياتل وراء التصميم الجديد لليد والذي اشتمل على مفاصل وبكرات تعمل على أساس الخصائص البيولوجية لليد، وكتبا خلال دراستهما، "تحاكى اليد الاصطناعية نظيرتها البشرية وتتضمن كبسولات صناعية تحاكي عمل المفاصل والأربطة والأوتار في اليد البشرية".

 
وكشفت "IEEE Spectrum" أن الأيدي الروبوتية الماضية، كانت تستخدم المفصلات لتبسيط التصميم الطبيعي ما أدى إلى حركات غير طبيعية لا تأتي على نفس القدر من طبيعة حركة الأيدي البشرية، وأن عدم التوافق الكامن بين آليات هذه الأيدي يمنعنا من استخدام حركة اليد الطبيعية للتحكم فيها مباشرة".
 
وبدأ الباحثان منذ الصفر لمحاولة التغلب على هذه المشكلة لخلق يد ميكانيكية تماثل ميكانيكية يد الإنسان الطبيعية، وأجرى الباحثان مسح ضوئي للهيكل العظمي ليد الإنسان وطبعوا العظام باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد لعمل نفس نوعية المفاصل، ثم ربطوا العظام الاصطناعية بمفاصل من صنع الإنسان التي تتقارب في حركتها وصلابتا وسلوكها الحيوي مع مفاصل البشر، وأضاف الباحثان " يحافظ تصميم اليد الروبوتية على معلومات النشاط الحيوي ليد الإنسان بمستوى تشريحى فريد".
 
وتتحكم الأربطة في حركة المفاصل في اليد البشرية وتم نسخ ذلك عند تصميم اليد الروبوتية باستخدام أوتار اصطناعية من ألياف الفيبر والتي تعد أقوى 15 مرة عن الفولاذ، وحلت صفائح المطاط محل الأنسجة الناعمة بينما جاءت الأوتار وصفائح المطاط أسفل الغطاء، وتم ربط هذه الطبقات حول عظام الأصابع الصناعية للتحكم في مرونتا في حين تم محاكاة العضلات باستخدام المحركات، وتسمح هذه المميزات الحيوية لليد الروبوتية بالتقاط الأشياء مثل يد الإنسان، حيث يمكنها التقاط الكرة أو زجاجة أو مشغل أقراص على سبيل المثال مثل اليد البشرية تماما.

 
ويمكن أن يؤدى هذا التصميم إلى خلق أطراف صناعية أكثر طبيعية بدعم من الطابعات ثلاثية الأبعاد لتجديد صناعة الأطراف الصناعية، وأوضحت الدراسة أن السيطرة على اليد الصناعية تعتمد على الدماغ البشرى، ولذلك فإن الأيدي المصممة للسيطرة عليها من خلال الدماغ تكون أكثر فاعلية إذا تماثلت مع تصميم يد الإنسان الحقيقية.
 
وأضاف الباحثان "يمكن طباعة المواد الحيوية لتشكيل الهياكل العظمية مع استخدام الأربطة الصناعية لتحل محل الأربطة البشرية مع امكانية تجديد الأعصاب الطرفية في ظل ظروف مناسبة، وتتطلب هذ التقنيات الواعدة نوع من الدعم للخلايا المزروعة، وسوف نتعاون مع باحثين فى مجال الأحياء وهندسة الأنسجة لاستكشاف إمكاناتهم في دعم الأطراف الاصطناعية". ويقدم الدكتور شو وتودوروف بحثتهم في المؤتمر العلمي الدولي للروبوتات والأتمتة، في ستوكهولم في مايو/ أيار المقبل.