پوست مصنوعی هوشمند برای پروتز؛ گامی تازه برای محافظت از کاربران اندام مصنوعی
پروتزهای پیشرفته به بسیاری از افراد دارای قطع عضو کمک کردهاند دوباره بایستند، راه بروند یا حتی بدوند؛ اما هنوز یک مشکل مهم باقی مانده است: این وسایل نمیتوانند همیشه به کاربر هشدار دهند که فشار واردشده به محل اتصال پروتز با بدن ممکن است خطرناک باشد. اکنون پژوهشگران با توسعه پوست مصنوعی هوشمند برای پروتز، سامانهای ساختهاند که میتواند فشارهای مضر را شناسایی کند و مانند یک سیستم هشداردهنده زیستی عمل کند.
این فناوری که توسط پژوهشگران دانشگاه صنعتی ژجیانگ چین توسعه یافته، از ویژگیهای پردازش درد در بدن انسان الهام گرفته است. هدف این سامانه ایجاد احساس درد واقعی نیست، بلکه شناسایی شرایطی است که ممکن است به ناراحتی، التهاب یا آسیب پوستی منجر شود.
پوست مصنوعی هوشمند برای پروتز؛ چرا تشخیص فشار در پروتزها اهمیت دارد؟
یکی از مشکلات رایج در استفاده طولانیمدت از پروتزهای اندام، فشار نامناسب در محل اتصال سوکت پروتز به اندام باقیمانده است. اگر این فشار بیش از حد یا بهصورت نامتقارن وارد شود، میتواند باعث ایجاد درد، التهاب، زخم پوستی و حتی اختلال در تعادل هنگام حرکت شود.
در حال حاضر کاربران پروتز اغلب باید بر اساس احساس ناراحتی خود متوجه این مشکلات شوند؛ اما در بسیاری از موارد، زمانی متوجه مشکل میشوند که آسیب آغاز شده است. پوست مصنوعی هوشمند برای پروتز تلاش میکند این فرآیند را با تشخیص زودهنگام فشارهای خطرناک بهبود دهد.
پوست مصنوعی هوشمند چگونه فشارهای خطرناک را تشخیص میدهد؟
نمونه اولیه این فناوری یک لایه حسگر نازک است که داخل سوکت پروتز و بین وسیله مصنوعی و اندام باقیمانده قرار میگیرد. این لایه میتواند محل فشار، شدت آن و مدت زمان وارد شدن فشار را اندازهگیری کند.
سیستم طراحیشده دارای دو مسیر پردازشی متفاوت است:
- مسیر لمسی که بهسرعت محل و شدت فشار را تشخیص میدهد.
- مسیر الهامگرفته از درد که تغییرات فشار را در طول زمان و در نقاط مختلف بررسی میکند.
این فناوری از مواد حساس به فشار و ترانزیستورهای شبیه سیناپس استفاده میکند؛ قطعاتی که میتوانند مانند حافظه ساده عمل کنند و بر اساس تجربه قبلی، واکنش خود را تغییر دهند.
پوست مصنوعی هوشمند برای پروتز؛ تقلید از سازوکار درد بدون ایجاد درد واقعی
پژوهشگران تأکید میکنند که این سامانه نه درد ایجاد میکند و نه کاربر آن را احساس میکند. در واقع، دستگاه تنها برخی ویژگیهای پردازش درد در سیستم عصبی انسان را تقلید میکند؛ ویژگیهایی مانند آستانه تحریک، جمع شدن سیگنالها در زمان و مکان، حافظه و افزایش حساسیت پس از آسیب.
در آزمایشهای اولیه، حسگرها روی یک دست رباتیک آزمایش شدند. زمانی که فشار مشخصی برای مدت کوتاه وارد شد، سیستم آن را بهعنوان تماس بیخطر پردازش کرد. اما وقتی همان فشار مدت بیشتری ادامه یافت، سیگنالها جمع شدند و از آستانه هشدار عبور کردند؛ در نتیجه دست رباتیک واکنش نشان داد.
پس از این «رویداد شبیه آسیب»، سیستم حساستر شد و توانست همان فشار را سریعتر تشخیص دهد؛ مشابه حالتی که بدن انسان پس از آسیب نسبت به محرکهای دردناک حساستر میشود.
پوست مصنوعی هوشمند برای پروتز؛ آزمایش پوست مصنوعی روی کاربران پروتز
پس از آزمایش رباتیک، پژوهشگران این فناوری را روی سه فرد دارای قطع عضو پایین پا بررسی کردند. حسگرها در نقاطی از سوکت پروتز قرار گرفتند که معمولاً فشار بیشتری تحمل میکنند.
شرکتکنندگان در شرایط مختلف مانند نشستن، راه رفتن، بالا رفتن از پله، پریدن و دویدن آزمایش شدند. نتایج نشان داد این سامانه میتواند الگوهای فشار غیرطبیعی را شناسایی کند.
برای مثال، هنگام دویدن، دستگاه توانست افزایش فشار در بخش جلویی اندام باقیمانده را که به دلیل بالا آوردن بیش از حد لگن برای عبور پای مصنوعی ایجاد شده بود، تشخیص دهد. بازخورد این سیستم به شرکتکنندگان کمک کرد حرکت خود را اصلاح کنند و فشار اضافی را کاهش دهند.
پوست مصنوعی هوشمند برای پروتز؛ دقت بالای سامانه در شناسایی ناراحتی
برای بررسی عملکرد این فناوری، پژوهشگران نتایج حسگرها را با میزان ناراحتی اعلامشده توسط افراد و ارزیابی حالت چهره آنها مقایسه کردند.
این سامانه توانست حدود ۸۶.۴ درصد از رویدادهای کوتاهمدت ناراحتی و ۹۰.۹ درصد از فشارهای طولانیتر را شناسایی کند. البته پژوهشگران اشاره میکنند که این نتایج اولیه هستند و هنوز برای بررسی راحتی استفاده، دوام طولانیمدت و کاربرد روزمره به مطالعات بیشتری نیاز است.
آینده فناوری پوست مصنوعی در پزشکی و توانبخشی
اگر این فناوری در مطالعات گستردهتر موفق شود، میتواند به کاربران پروتز کمک کند پیش از ایجاد آسیب جدی، از فشارهای خطرناک آگاه شوند. چنین سامانهای ممکن است باعث شود افراد موقعیت بدن خود را تغییر دهند، شیوه راه رفتن را اصلاح کنند یا برای تنظیم پروتز به پزشک مراجعه کنند.
همچنین دادههای ثبتشده توسط این حسگرها میتواند به متخصصان کمک کند سوکت پروتز و برنامههای توانبخشی را متناسب با شرایط هر فرد تنظیم کنند.
با این حال، نسخه فعلی هنوز یک نمونه آزمایشی است و برای استفاده گسترده باید کوچکتر، کممصرفتر و بیسیم شود. همچنین مقاومت آن در برابر عرق، تغییرات دما و فشارهای مداوم باید بررسی شود.
