يد صناعية متقدمة تحاكي اللمس البشري في إنجاز رائد في الروبوتات

صمم باحثون يداً روبوتية تجريبية تجمع مفاصل مرنة وهيكلاً داخلياً صلباً ومستشعرات للمس. وتهدف الدراسة إلى تحسين قدرة الأطراف الصناعية المستقبلية على إمساك الأشياء. لكنها لا تتضمن تجربة سريرية على أشخاص فقدوا أيديهم، ولا تثبت أن مستخدماً شعر باللمس عبر أعصابه.

لماذا يصعب تقليد قبضة يد الإنسان؟

تعمل العظام والعضلات والأنسجة اللينة ومستقبلات الجلد في يد الإنسان معاً، فنمسك شيئاً هشاً من دون سحقه ونلاحظ تغير الضغط أو الاهتزاز. توفر القبضة الروبوتية الصلبة دعماً جيداً لكنها قد تتكيف بصعوبة مع شكل الجسم. وتتكيف القبضة شديدة الليونة بسهولة أكبر لكنها قد تفتقر إلى القوة أو معلومات اللمس.

تستجيب أنواع مختلفة من مستقبلات الجلد للضغط والتمدد والاهتزاز. لم يُعِد الباحثون بناء هذا النظام البيولوجي كاملاً، بل صنعوا مستشعراً متعدد الطبقات يجمع معلومات أكثر من مفتاح يكتشف مجرد التلامس.

تصميم اليد التجريبية

تصف الدراسة المنشورة في Science Advances أصابع بمفاصل لينة من السيليكون تدعمها بنية داخلية صلبة. يتحكم ضغط الهواء في حركة المفاصل، بحيث تتكيف الأصابع مع شكل الجسم مع الاحتفاظ بدعم القبضة.

يضم طرف الإصبع ثلاث طبقات استشعار. تتغير المقاومة الكهربائية في الطبقتين الخارجية والوسطى عند الضغط. وتحتوي الطبقة الداخلية عنصراً كهرضغطياً يرصد التغيرات السريعة والاهتزازات. يجمع نموذج حاسوبي الإشارات لتصنيف قوام الأسطح.

استخدم الفريق ترميزاً «مستلهماً من الأعصاب» لتمثيل القياسات. لا يعني هذا أن الإشارات نُقلت إلى أعصاب إنسان في التجربة أو أن مريضاً استعاد الإحساس باللمس.

ماذا أظهرت الاختبارات؟

اختبر الباحثون الأصابع وطبقات المستشعر على حدة، ثم ثبّتوا اليد على ذراع روبوتية من طراز UR5. وجعلوها تمسك أشياء يومية مختلفة الشكل والصلابة، منها وعاء ماء ودمية وكوب ورقي. ساعدت البنية المرنة على تعديل القبضة بحسب الجسم.

حقق إصبع هجين مزود بالمستشعر متعدد الطبقات متوسط دقة بلغ 98.38% في تصنيف 26 نوعاً من قوام الأسطح المختبرة وفق طريقة تقييم الدراسة. لا يقيس الرقم التعرف على كل الأشياء الممكنة ولا إحساس مريض باللمس. وأدت الأصابع اللينة تماماً أو الصلبة تماماً المستخدمة للمقارنة أداءً أضعف في هذه المهمة المحددة.

التطبيقات الممكنة والحدود

قد يفيد التصميم أبحاث الأطراف الصناعية العلوية، والقبضات الصناعية التي تتعامل مع منتجات هشة، وروبوتات الحصاد. ولكي يصبح طرفاً صناعياً للاستخدام اليومي، يجب تقييم الراحة والمتانة والتحكم والوزن والطاقة والسلامة ووجود تغذية حسية راجعة فعلية لدى البشر.

لم تثبت النتائج الادعاء السابق بأن هذه الأطراف ستطرح تجارياً بالتأكيد خلال خمس إلى عشر سنوات. ويتوقف الموعد على المزيد من البحث والتجارب السريرية والموافقات اللازمة.

الشركات والاستثمار

تعمل Ekso Bionics على الهياكل الخارجية القابلة للارتداء وروبوتات إعادة التأهيل. ولا تُظهر هذه الدراسة الجامعية أن الشركة تستخدم هذا المستشعر بالفعل أو أن إيراداتها سترتفع بسببه.

الخلاصة

يوضح النموذج الأولي أن الجمع بين مواد لينة وصلبة وطبقات استشعار متعددة يمكن أن يحسن الإمساك وتصنيف قوام الأسطح في المختبر. إنها خطوة بحثية نحو أطراف صناعية أفضل، وليست يداً جاهزة لإعادة حاسة اللمس إلى إنسان.