پیشگامی چین در صنعت رباتیک| بی بدیل پرداز

محققان دانشگاه پکن با معرفی یک اسکلت خارجی (Exoskeleton) قابل حمل و مخصوص زانوی غواصان، به یک موفقیت جهانی بی‌سابقه در عرصه رباتیک پوشیدنی زیر آب دست یافته‌اند. این نوآوری حیاتی، که توسط تیم پروفسور وانگ چینینگ توسعه یافته، با هدف اصلی کاهش فشار فیزیکی بر غواصان و بهینه‌سازی حرکت آن‌ها در محیط آبی طراحی شده است. نتایج آزمایشگاهی تأیید کرده‌اند که این دستگاه با ارائه‌ی گشتاور کمکی هوشمندانه به زانوها در حین پا زدن، توانسته است مصرف اکسیژن غواصان را به میزان قابل توجه ۲۲.۷ درصد کاهش دهد و بار عضلانی روی پاها را به شکل چشمگیری بکاهد. این جهش فناورانه نه تنها طول مدت و ایمنی عملیات‌های زیرآبی را افزایش می‌دهد، بلکه افق‌های جدیدی را برای کاربردهای حیاتی مانند تحقیقات دریایی، ساخت و ساز زیر آب، و آموزش‌های حرفه‌ای می‌گشاید و به انسان اجازه می‌دهد تا به شکلی کارآمدتر بر چالش‌های مقاومت اعماق دریا غلبه کند.

اسکلت خارجی زیرآبی چینی؛ جهشی نوین در افزایش کارایی غواصان و گشودن افق‌های تازه در اعماق

تیمی از پژوهشگران در دانشگاه پکن، به رهبری پروفسور وانگ چینینگ (Wang Qining)، با رونمایی از یک اسکلت خارجی (Exoskeleton) قابل حمل و مخصوص زانو برای غواصان، موفق به ثبت یک موفقیت جهانی بی‌سابقه در حوزه رباتیک پوشیدنی زیر آب شده‌اند. این نوآوری پیشگامانه، که در مجله معتبر IEEE Transactions on Robotics منتشر شده است، با هدف کاهش چشمگیر فشار فیزیکی بر غواصان و بهینه‌سازی حرکت آن‌ها در محیط آبی دشوار، طراحی شده است. انتظار می‌رود که این پیشرفت، نه تنها عملکرد انسان را در کارهای زیر آبی به شدت افزایش دهد، بلکه دامنه و مدت زمان فعالیت‌های اکتشافی و عملیاتی در اعماق دریاها را نیز به میزان قابل توجهی گسترش دهد.

چالش دیرینهٔ غلبه بر مقاومت آب

انسان‌ها به صورت طبیعی برای کارایی در خشکی تکامل یافته‌اند، و این امر آن‌ها را در برابر محیط آبی به موجوداتی نسبتاً ناکارآمد تبدیل کرده است. حرکت در زیر آب نیازمند مصرف انرژی بسیار بیشتری نسبت به راه رفتن روی زمین است، زیرا غواصان باید دائماً بر مقاومت هیدرودینامیکی قابل توجه آب غلبه کنند. این مبارزه دائمی، استقامت فیزیکی غواص را به سرعت تحلیل می‌برد و به طور مستقیم، میزان مصرف هوای او را بالا می‌برد. با وجود موفقیت‌های چشمگیر اسکلت‌های خارجی در محیط‌های زمینی برای کاهش بار انرژی، تطبیق این فناوری با الزامات پیچیده بیومکانیکی شنا و لگد زدن در زیر آب، که همراه با فشارهای محیطی منحصر به فرد مایع است، همواره یک چالش بزرگ و طولانی‌مدت بوده است.

معماری و عملکرد هوشمندانه دستگاه

این دستگاه نوآورانه، که یک اسکلت خارجی زیرآبی دوطرفه مبتنی بر کابل و متمرکز بر زانو است، به صورت تخصصی برای پشتیبانی از حرکت کلیدی پا زدن طراحی شده است. پا زدن، مؤثرترین روش نیروی محرکه برای غواصان است. اسکلت خارجی با استفاده از سنسورهای حرکتی پیشرفته و یک سیستم کنترل دقیق مبتنی بر نیرو، قادر است در لحظه گشتاور کمکی را به زانوهای غواص اعمال کند. این ادغام هوشمندانه، تضمین می‌کند که کمک مکانیکی بدون ایجاد اختلال در الگوهای حرکتی طبیعی غواص انجام شود و غواص احساس کند که به صورت طبیعی‌تر و مؤثرتر در آب حرکت می‌کند. هدف اصلی این فناوری، کاهش تلاش عضلانی و در نتیجه، کاهش مصرف هوا و اکسیژن است.

نتایج آزمایش‌های میدانی و تأثیر عملی

اثربخشی این اسکلت خارجی در آزمایش‌هایی با حضور شش غواص باتجربه به وضوح تأیید شد. نتایج حیرت‌انگیز نشان دادند که با استفاده از دستگاه، غواصان به صورت میانگین، ۲۲.۷ درصد در مصرف اکسیژن صرفه‌جویی کردند. علاوه بر این، بار فیزیکی روی عضلات پا به طور قابل توجهی کاهش یافت، به طوری که فعالیت عضله چهار سر ران ۲۰.۹ درصد و فعالیت عضله ساق پا ۲۰.۶ درصد کمتر شد. این صرفه‌جویی در انرژی و اکسیژن، به صورت عملی به افزایش قابل توجه مدت زمان غواصی، بهبود ایمنی، و کاهش خستگی منجر می‌شود. غواصان به خوبی با کمک مکانیکی سازگار شدند، که نشان می‌دهد این فناوری می‌تواند به سرعت در عملیات واقعی به کار گرفته شود.

افق‌های جدید کاربرد و نگاه به آینده

تأثیر این اسکلت خارجی فراتر از کمک صرف به غواصی حرفه‌ای است. این فناوری به طور فوری می‌تواند در زمینه‌هایی مانند تحقیقات دریایی، ساخت و ساز و نگهداری زیر آب، و عملیات نجات پیچیده ارزش عملی ایجاد کند. با کاهش بار فیزیکی، محققان و تکنسین‌ها می‌توانند زمان بیشتری را در زیر آب صرف جمع‌آوری داده‌ها یا انجام کارهای دقیق کنند. علاوه بر این، این دستگاه ارزشمند می‌تواند بینش‌های جدیدی را در مورد بیومکانیک حرکت انسان در زیر آب و بهینه‌سازی مهارت‌های آموزشی غواصان ارائه دهد. در آینده، این فناوری می‌تواند مسیر را برای توسعه نسخه‌های پیشرفته‌تر، احتمالاً با الهام از طرح‌های زیست‌تقلیدی (Biomimetic) مانند شنای پرندگان و حیوانات دریایی (پنگوئن‌ها، دلفین‌ها و لاک‌پشت‌ها) هموار کند تا کارایی حرکت زیر آب را به سطوح بی‌سابقه‌ای برساند.

منبع: بی بدیل پرداز