ذراع ذكية لتقليل الجهد والوقاية من الإصابات

طوّر باحثون من جامعة تكساس الأميركية ذراعاً روبوتية ناعمة تُرتدى كأنها هيكل خارجي خفيف الوزن، بهدف تخفيف الإجهاد العضلي، وتقليل إصابات العمل الشاق في المصانع وورش الإنتاج.

وأوضح الباحثون أن الابتكار يمثل خطوة مهمة نحو تطوير تقنيات مساعدة وقائية، تركّز على منع الإصابات الناتجة عن العمل المتكرر والشاق، ونُشرت النتائج، بدورية «Journal of Rehabilitation and Assistive Technologies Engineering».

وتُعد إصابات العمل الناتجة عن الرفع المتكرر والحركة المستمرة من أكثر المشكلات شيوعاً في بيئات المصانع وورش الإنتاج، إذ تتسبب في إجهاد مزمن للعضلات والمفاصل، خصوصاً في الذراعين والكتفين وأسفل الظهر، ما ينعكس سلباً على إنتاجية العامل وصحته العامة.

وتعتمد الذراع الروبوتية الجديدة على مبدأ الدعم الهوائي الناعم لتقليل الجهد العضلي أثناء أداء المهام الصناعية اليومية؛ فهي ليست ذراعاً آلية صلبة أو معدنية كما هو شائع في الأنظمة الميكانيكية التقليدية، بل هي هيكل خارجي مرن وخفيف يُرتدى على الذراع، صُمم خصيصاً لمساندة حركة المرفق وتخفيف الضغط على العضلات أثناء الرفع أو الحفر أو التجميع.

وتتكوّن الذراع من مشغّل سيليكوني مملوء بالهواء يعمل بوصفه محرّكاً مرناً يساعد المستخدم على تحريك ذراعه بانسيابية. ويعتمد النظام على ضغط الهواء داخل المشغّل لتحريك المفصل أو تثبيته جزئياً بحسب الحاجة، مما يوفّر دعماً ديناميكياً يتكيّف مع حركة العامل بشكل طبيعي.

ويتميّز التصميم بأنه قطعة واحدة فقط، ما يقلل الوزن والتعقيد الميكانيكي مقارنة بالهياكل المعدنية متعددة المفاصل. كما جرى تثبيته على قاعدة من ألياف الكربون لتوفير المتانة والخفة، وتغطيه طبقة خارجية من النيوبرين تمنح المستخدم راحة أثناء الاستخدام الطويل.

وفي تجربة شملت 19مشاركاً تتراوح أعمارهم بين 18 و45 عاماً، تم اختبار الذراع الروبوتية أثناء أداء مهام تشمل الرفع اليدوي للأوزان، والتجميع اليدوي للمكونات، واستخدام المثقاب الكهربائي. وجرت مقارنة الأداء في كل مهمة مع تشغيل دعم الهيكل الخارجي وإيقافه.

وأظهرت النتائج أن استخدام الذراع الروبوتية خفّض نشاط عضلات الذراع بنسبة تصل إلى 22 في المائة أثناء مهام الرفع، كما قلّل الشعور بالإجهاد البدني والعقلي. في المقابل، لم يقيّد الجهاز حرية الحركة، بل حسّن استقرار وضعية الذراع وراحة المستخدمين. وأشار المشاركون إلى تحسن ملحوظ في الراحة العامة، وتقليل التعب بعد أداء المهام لفترات طويلة.

ووفقاً للفريق البحثي، فإن النظام قابل للتكامل بسهولة في بيئات العمل، إذ يمكن تشغيله باستخدام أنظمة الهواء المضغوط المتوفرة أصلاً في خطوط الإنتاج والمصانع، دون الحاجة إلى تجهيزات كهربائية معقدة أو مصادر طاقة إضافية.

ويعمل الفريق حالياً على توسيع الابتكار ليشمل هيكلاً خارجياً كاملاً للطرف العلوي يمكنه دعم المرفق والمعصم والأصابع معاً، ما يمهّد الطريق لجيل جديد من الأجهزة الذكية القابلة للارتداء في المجالين الصناعي والطبي.