دستگاه پروتز هوشمند، نمونه‌ای موفق از کاربرد اینترنت اشیا در حوزه‌ی سلامت
ما با رئیس بخش پژوهش شرکت پروتز بلاچفورد (Blatchford) به گفتگو نشستیم تا در مورد سیستم یکپارچه و هوشمند اندام پروتزی لینکس (Linx) صحبت کنیم.
در اواخر ماه سپتامبر، دعوت‌نامه‌ای از بلاچفورد، کمپانی انگلیسی دستگاه‌های پزشکی دریافت کردم. در این دعوت‌نامه از من خواسته شده بود درباره‌ی تکنولوژی پیشرفته‌ی پروتز بنویسم. بعد از کمی تحقیق پیرامون ارتباط این کمپانی با اینترنت اشیا، متوجه شدم کمپانی اندام یکپارچه‌ای به نام لینکس طراحی کرده که مجهز به میکروپردازنده و قابل برنامه‌ریزی است.
دستگاه لینکس چندین جایزه دریافت کرده است، از جمله‌ی آن‌ها جایزه‌ی آکادمی رویال مهندسی مک‌روبات در سال ۲۰۱۶ بود که جایزه‌ای سالانه برای نوآوری در مهندسی است. در سال ۲۰۱۷، این محصول برنده‌ی جایزه‌ی بهترین طراحی پزشکی شده است.
در این پرسش و پاسخ، دیوید موزر، رئیس بخش پژوهش بلاچفورد توضیح می‌دهد که چرا دستگاه لینکس سمبل تحولی است که بسیاری از محصولات پشت سر می‌گذارند. لینکس دستگاهی هوشمند و متصل است که درباره‌ی کاربرانش و محیط داده جمع‌آوری می‌کند تا عملکرد خود را بهینه کند. این دستگاه به‌طور ویژه از چهار میکروپردازنده و هفت سنسور تشخیص شرایط استفاده می‌کند تا فرد بتواند به‌طور طبیعی حرکت کند. در این سیستم زانو و مچ در هر ثانیه ۴۰۰ بار باهم ارتباط برقرار می‌کنند و در یک روز دستگاه بیش از ۲۰۰۰ بار خود را تنظیم می‌کند تا با محیطش سازگار شود.
چرا اندام پروتزی هوشمند لینکس از دیدگاه طراحی در حوزه‌ی اینترنت اشیا مهم است؟
موزر: سوال خوبی است چون به نوعی بیانگر تغییری است که نه تنها در صنعت پروتز بلکه در بسیاری از صنایع شاهد آن هستیم. و این به داده مربوط است. به‌عنوان مثال، ما زانوها و مچ‌های مبتنی بر میکروپردازنده داریم. این محصولات تا حد زیادی به یکدیگر وابسته‌اند. بر اساس این پلتفرم‌ها، ما چندین سال پیش تصمیم گرفتیم آن‌ها را با هم ادغام کنیم. این بدان معنی است که آن دو، داده‌ها را با یکدیگر به اشتراک می‌گذارند و اطلاعات را کنترل می‌کنند. من فکر می‌کنم این امر نسل جدیدی از پروتز را معرفی می‌کند.
زمانیکه شما سیستم‌ها را ترکیب می‌کنید، به مجموعه داده‌ی غنی‌تری از اطلاعات می‌رسید که می‌توانید بر اساس آن تصمیم بگیرید. برای مثال، این اندام‌های مبتنی بر میکروپردازنده به‌طورپیوسته بر نحوه‌ی حرکت فرد، سرعت حرکت و نوع محیطی که در آن راه می‌رود، نظارت کرده و اندام را به‌طور بلادرنگ سازگار می‌کند. اگر شما بتوانید اطلاعات بیشتری به این پلتفرم بدهید، شانس بیشتری در تولید سیستم کنترلی دارید که می‌تواند با متغیرهای زندگی روزمره روبه‌رو شود.
می‌توانید به‌طور خلاصه بگویید میکروپردازنده‌های لینکس چگونه رفتار اندام طبیعی را تقلید می‌کنند؟
موزر: زمانیکه در حالت عادی قدم می‌زنیم، به‌طورپیوسته جهت و سرعت خود را عوض می‌کنیم. ما در انواع ناهمواری‌ها راه می‌رویم، و بدن به‌طور طبیعی خود و نوع حرکت پاها را با آن تطبیق می‌دهد تا ما با کمترین میزان مصرف انرژی حرکت کنیم.
لینکس بایستی با تغییرات محیطی به روش بیومکانیکی سازگار شود تا کاربران انرژی زیادی مصرف نکنند. و این مسئله‌ی دشواری است چراکه که شما با متغیرهای زیادی رو به رو هستید. اگر فعالیت روزمره را تصور کنید ـ هر حرکتی که انجام می‌دهید ـ چگونه این تغییرات را شناسایی می‌کنید و با آن سازگار می‌شوید؟
برای این کار بایستی اجزاء اندام را با هم متحد کنید. به جای اینکه محصولات یا مفصل‌ها را جداگانه ببینید، می‌توانید بیشترین سود را از کنار هم قرار دادن تمام این اطلاعات ببرید. و چیزی که در پایان به آن می‌رسید پایی است که بسیار طبیعی‌تر رفتار می‌کند ــ می‌تواند پیش‌بینی کند و هماهنگ حرکت کند. این مسئله نیز بسیار مهم است. در اندام‌های ما، حرکت بسیار هماهنگ است. پای مبتنی بر میکروپردازنده‌ی ما ضرورتا خودش با آگاهی کامل از آنچه زانوی مبتنی بر میکروپردازنده بایستی انجام دهد، تصمیم می‌گیرد. اینکه پا چگونه با زمین تماس پیدا می‌کند بر آنچه زانو بایستی انجام دهد اثر می‌گذارد.
همه چیز یک سیستم است. ایده‌ی پشت لینکس این بود: بیایید یک گام به عقب برداریم و به مشکل با دیدی یکپارچه، از دید سیستم‌ها و داده‌ها نگاه کنیم. نکته‌ی اصلی یکپارچگی و بهره‌وری از داده‌هاست.
لینکس چگونه از بازخورد کاربرد می‌آموزد؟
موزر: ما با سیستم کنترلی سروکار داریم که رفتار انسان در آن دخیل است. مثلا چه زمانی کاربر پای خود را روی زمین می‌گذارد، چگونه این کار را می‌کند و پای خود را روی چه ناهمواری می‌گذارد. همه‌ی این‌ها روی آنچه او احساس می‌کند و واکنشش نسبت به آن احساس تاثیر می‌گذارد.
بیایید فرض کنیم پا طوری تنظیم می‌شود که بتواند از سطح شیبداری پایین برود. از آنجاییکه به احساس بیماران واکنش نشان می‌دهد، فعالیت را ساده‌تر و ایمن‌تر می‌کند. اگر قادر به چنین کاری نبود، کاربر تعادل خود را از دست می‌داد. سپس کاربر بایستی دوباره تعادل خود را حفظ می‌کرد و کنترل و انرژی بیشتری صرف می‌کرد. کاربر به‌طور ذهنی تلاش می‌کند تا تعادل خود را حفظ کند. اگر شما مجبور باشید برای هر گام هزاران بار این کار را انجام دهید، برایتان مهم می‌شود.
ایده‌ی پشت میکروپردازنده‌های کنترلی اخیر این است که واقعا بار را از روی دوش کاربر بردارد تا او بتواند در زندگی روزمره راه برود نه اینکه مجبور باشد بیش از حد به محیطی که در آن قدم برمی‌دارد فکر کند. هرچه اندام بهتر بتواند خود را تنظیم کند، کاربر نیاز به همانگی کمتری دارد و انرژی کمتری مصرف می‌کند. و اگر آن را در کل روز ضرب کنید، مقدار قابل توجه خواهد بود. هر گام کمی آسان‌تر می‌شود. و در آخر روز، اگز شما ۶۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰ گام برداشته باشید، هر گام از قبلی آسان‌تر می‌شوند. و این گونه است که این تکنولوژی تاثیر بسزایی بر زندگی کاربر می‌گذارد.
اگر مثلا کاربر درحال دوچرخه سواری باشد، آیا سیستم به‌طور خودکار تنظیم می‌شود؟
در مورد دوچرخه سواری خیلی صدق نمی‌کند، چون فعالیت خیلی خاصی است. کاربران می‌توانند به اپلیکیشن رجوع کنند و حالت دوچرخه سواری را انتخاب کنند.
اما در مورد راه رفتن معمولی و فعالیت‌های روزمره یعنی نشستن، ایستادن، تغییر جهت، تغییر سرعت، بالا و پایین رفتن از پله، رد شدن از جدول و راه رفتن روی سطح شیبدار، همگی خودکار است. نیاز نیست در کار پا مداخله کنید یا چیزی را تغییر دهید. سنسورها هوشمندانه تعبیه شده‌اند و سیستم کنترل می‌تواند این تغییرات و گام‌های فرد را شناسایی کند. می‌تواند نحوه‌ی راه رفتن کاربر و محیطی که در آن قدم برمی‌دارد را درک کند. و تغییراتی در زانو و مچ پا ایجاد می‌کند که مناسب آن فعالیت‌ها باشد.
می‌توانید راجع به اپلیکیشن لینکس هم توضیح دهید؟
موزر: به‌طورکلی، تمام محصولات مبتنی بر میکروپردازنده اپلیکیشنی همراه خود دارند که از تکنولوژی بلوتوث استفاده می‌کنند.
سیستم میکرو کنترل را کاربر برنامه‌ریزی می‌کند چراکه هر فرد کمی متفاوت قدم برمی‌دارد و توانایی‌های متفاوتی دارد. بنابراین، شما می‌توانید تنظیمات پا را انتخاب کنید ــ مثلا می‌خواهید زانو چقدر سفت باشد یا چقدر سریع راه می‌روید، زانو چقدر سریع می‌چرخد. یا می‌خواهید مچ پا تا چه میزان سفتی را حس کند. این‌ها همه می‌توانند برای کاربر شخصی سازی شود.
معمولا زمانیکه این تنظیمات برای یک سری شرایط کنترل شده انجام شود، سیستم می‌فهمد گام موردنظر فرد چیست ــ چقدر سریع راه می‌رود و چگونه سرعت قدم‌های خود را عوض می‌کند. سیستم همچنین متوجه می‌شود محیط راه رفتن چیست و آن اطلاعات بعدا در سیستم کنترل ترکیب می‌شود.
منابع خبر :