Gelişmiş Protez El, Robotikte İnsan Dokunuşunu Taklit Ediyor: Bir Atılım

Araştırmacılar, yumuşak eklemleri, sert bir iç iskeleti ve dokunma sensörlerini birleştiren deneysel bir robot el geliştirdi. Amaç, gelecekteki protez ellerin kavrama becerisini artırmak. Çalışma, uzuv kaybı yaşayan kişilerle yapılmış bir klinik deney değildir; bir kullanıcının sinirleri aracılığıyla dokunma hissini yeniden kazandığını da göstermemiştir.

İnsan eli gibi kavramak neden zor?

İnsan eli kemikleri, kasları, yumuşak dokuları ve farklı dokunma alıcıları sayesinde kırılgan bir nesneyi ezmeden tutabilir. Basınç ve titreşimdeki değişiklikleri de algılarız. Sert robot tutucular sağlamdır ancak nesnenin şekline her zaman uyum sağlayamaz. Çok yumuşak tutucular uyum sağlar fakat kuvvetleri veya dokunma verileri sınırlı olabilir.

Derideki Merkel, Meissner, Ruffini ve Pacini ile ilişkili alıcılar basınç, şekil değişimi ve titreşimin farklı yönlerine tepki verir. Araştırmacılar bu biyolojik sistemi bütünüyle kopyalamadı. Bunun yerine, yalnızca temas olup olmadığını bildiren basit bir anahtardan daha çok bilgi üreten çok katmanlı bir sensör hazırladı.

Deneysel elin yapısı

Science Advances dergisindeki çalışma, esnek silikon eklemleri ve sert bir iç iskeleti olan parmakları anlatıyor. Hava basıncı yumuşak eklemleri hareket ettiriyor. Böylece parmaklar nesnenin şekline uyarken iskelet kavramayı destekliyor.

Parmak ucunda üç sensör katmanı var. Dış ve orta katmanlardaki sensörlerin elektrik direnci basınçla değişiyor. İç katmandaki piezoelektrik bileşen hızlı değişimleri ve titreşimleri ölçüyor. Bir hesaplama modeli bu sinyalleri birleştirerek yüzey dokularını sınıflandırıyor.

Araştırmada, sinyalleri sinirsel iletişimin bazı özelliklerinden esinlenen bir biçimde temsil eden nöromorfik kodlama kullanıldı. Bu, söz konusu deneyde sinyallerin bir insanın sinirlerine iletildiği veya bir hastanın gerçekten dokunma hissini geri kazandığı anlamına gelmez.

Testler ne gösterdi?

Ekip önce parmakları ve sensör katmanlarını ayrı ayrı sınadı. Daha sonra eli bir UR5 robot koluna takarak su kabı, yumuşak oyuncak ve kâğıt bardak gibi farklı şekil ve sertlikte gündelik nesneleri kavrattı. Esnek yapı, kavramanın nesneye uyarlanmasına yardımcı oldu.

Çok katmanlı sensörü olan tek bir hibrit parmak, çalışmanın değerlendirme yöntemine göre 26 test yüzeyinin dokusunu sınıflandırırken ortalama %98,38 doğruluk sağladı. Bu oran dünyadaki bütün nesneleri tanıma başarısı veya bir hastanın hissettiği dokunmanın ölçüsü değildir. Aynı özel testte karşılaştırılan tamamen yumuşak ve sert parmaklar daha düşük sonuç aldı.

Olası kullanım alanları ve sınırlar

Tasarım, üst uzuv protezleri, kırılgan ürünleri tutan endüstriyel kıskaçlar ve hasat robotları için araştırmalara katkı sağlayabilir. Günlük kullanıma uygun bir protez için konfor, dayanıklılık, kontrol, ağırlık, enerji tüketimi, güvenlik ve insanlarda gerçek duyusal geri bildirim ayrıca sınanmalıdır.

Önceki yazıdaki, bu tür protezlerin beş ila on yıl içinde kesin olarak pazara çıkacağı iddiası deneylerden çıkarılamaz. Süre, yeni araştırmalara, klinik çalışmalara ve gerekli onaylara bağlıdır.

Sektör ve yatırım

Ekso Bionics giyilebilir dış iskeletler ve rehabilitasyon robotları alanında çalışıyor. Akademik araştırma, şirketin bu sensörü ürünlerinde kullandığını veya gelirinin bu nedenle kesin olarak artacağını göstermez. Yatırım değerlendirmesi gerçek ürünlere, mali raporlara ve risklere dayanmalıdır.

Sonuç

Prototip, yumuşak ve sert malzemelerin çok katmanlı sensörlerle birleştirilmesinin laboratuvarda kavramayı ve doku sınıflandırmasını geliştirebileceğini gösteriyor. Protez araştırmaları için ilerleme olsa da insanın dokunma duyusunu geri veren hazır bir ürün değildir.