رمزگشايي از معماي راه رفتن

بررسي ساختار آناتومي انسان، قدمتي به درازاي تاريخ علم دارد؛ اما اين‌كه انسان در حين ايستادن، راه رفتن يا دويدن چگونه انرژي موردنياز خود را تامين و مصرف مي‌كند، همواره جاي پرسش داشته است. در حقيقت نبود ابزار موردنياز براي بررسي اين موضوع موجب شده تا محققان در گذر زمان، تنها درك محدودي از اين مقوله داشته باشند؛ اما در عصر حاضر و به لطف پيشرفت‌هاي خيره‌كننده‌اي كه در زمينه فناوري‌هايي نظير شبيه‌سازي‌هاي رايانه‌اي صورت گرفته، دانشمندان به درك روشن‌تري از چگونگي راه رفتن دست‌يافته‌اند. آنها اكنون مي‌دانند زماني كه راه مي‌رويم، اين ران‌ها هستند كه بيشترين نيروي مورد نياز براي راه رفتن را تامين مي‌كنند يا در حين دويدن، پاشنه‌هاي پا هستند كه سهم بيشتري در توليد انرژي موردنياز براي دويدن دارند.
اين براي نخستين بار در تاريخ علم است كه دانشمندان با استفاده از يك‌سري فناوري‌هاي نوين توانسته‌اند نحوه حركت اندام‌هاي انسان در حين راه رفتن و تامين انرژي موردنياز براي راه رفتن يا دويدن را مورد بررسي موشكافانه قرار دهند. در حقيقت در اين بررسي، حركاتي كه تحت عنوان دويدن و راه رفتن شناخته مي‌شوند، به زير ذره‌بين رفته تا مشخص شود چه اندام‌ها يا ماهيچه‌هايي انرژي موردنياز براي انجام آنها را تامين مي‌كنند. بررسي‌ها نشان مي‌دهند 3 اندام مهم يعني ران‌ها، زانوها و پاشنه‌ها مهم‌ترين نقش را در حين حركت دارند و در عين حال بيشترين سهم را در تامين انرژي حركتي بدن در حين راه رفتن يا دويدن به خود اختصاص مي‌دهند.
محققان دانشگاه كاروليناي شمالي دريافته‌اند ران‌ها بيشترين سهم را در توليد انرژي موردنياز براي راه رفتن دارند. در حقيقت زماني كه راه مي‌رويد، اين ران‌ها هستند كه به شما كمك مي‌كنند تا نگراني از بابت انرژي حركتي مورد نياز نداشته باشيد؛ اما زماني كه مي‌دويم، بايد بيشتر به پاشنه‌ها توجه كنيم. در حين دويدن بيشترين انرژي موردنياز براي انجام اين حركت از سوي پاشنه‌ها تامين مي‌شود. البته شايد بسياري فكر كنند كه اين زانوها هستند كه در حين دويدن، بيشترين سهم را در توليد انرژي موردنياز دارند. نكته مهم اين است كه زانوها تقريبا يك‌پنجم يا حتي كمتر از انرژي موردنياز براي راه رفتن يا دويدن را تامين مي‌كنند.
اما اكنون اين پرسش مطرح مي‌شود كه اصولا انجام چنين تحقيقاتي چه مزايايي به همراه دارد؟ پاسخ به اين پرسش را بايد در چالش‌هاي فراواني پيدا كرد كه فراروي محققاني است كه روي طراحي و ساخت اندام‌هاي مصنوعي و كمك حركتي كار مي‌كنند. موفقيت يا عدم موفقيت اين نوع اندام‌ها صرفا در لحاظ كردن دقيق يك‌سري محاسبات حركتي است.
در حقيقت با استفاده از نتايج اين بررسي مي‌توان درخصوص پيدا كردن بهترين شيوه‌ها براي ساخت سيستم‌هاي كمك‌حركتي و مهم‌تر از آن اندام‌هاي مصنوعي اطلاعات ارزشمندي در اختيار اين محققان قرار داد؛ اما اين تازه بخشي از يك هدف بزرگ است. دانش سيستم‌هاي رباتيكي روزبه‌روز در حال پيشرفت است و در اين ميان ربات‌هاي انسان‌نما نيز بشدت مورد توجه محققان قرار گرفته‌اند. در صورتي كه از نتايج چنين تحقيقاتي در ساخت نسل بعدي ربات‌هاي انسان‌نما استفاده شود، بدون شك شاهد حركت به مراتب طبيعي‌تر ربات‌هاي انسان‌نما خواهيم بود.
نگاهي به گذشته نشان مي‌دهد، دانشمندان زيادي روي استفاده از مطالعات مربوط به بررسي حركت اندام‌هاي مختلف انسان در توسعه دانش‌هايي نظير بيومكانيك كار كرده‌اند؛ اما اين براي نخستين بار است كه تحقيقاتي با تمركز روي توان مكانيكي توليد شده به وسيله مفاصل صورت مي‌گيرد. گذشته از اين براي نخستين بار است كه نحوه راه رفتن يا دويدن انسان و مفاصل مسوول در تامين انرژي حركتي آنها مورد بررسي قرار مي‌گيرد.
مطالعه جامع محققان در اين بررسي بخوبي نشان مي‌دهد كه زماني كه راه مي‌رويم، ران‌ها انرژي قابل توجهي توليد مي‌كنند و به همين دليل است كه افراد زماني كه راه مي‌روند و سرعت قابل توجهي پيدا مي‌كنند، احساس راحتي بيشتري مي‌كنند كه بدوند. در حين راه رفتن و زماني كه سرعت بيش از 2 متر بر ثانيه مي‌شود، ران‌ها 44 درصد توان بيشتري توليد مي‌كنند و اين در حالي است كه پاشنه‌ها نيز سهم 39 درصدي در اين ميان دارند؛ اما نكته جالب توجه اين است كه با تبديل شدن راه رفتن به دويدن نسبت موجود ميان اين درصدها به يك‌باره به هم مي‌ريزد و اين بار پاشنه‌ها هستند كه با 47 درصد، توان بيشتري توليد مي‌كنند و اين در حالي است كه ران‌ها تنها سهم 32 درصدي دارند. هرچه بر سرعت فرد در حين دويدن افزوده مي‌شود، اين پاشنه‌ها هستند كه به همان نسبت توان بيشتري توليد مي‌كنند. به عقيده محققان، زماني كه افراد در حال دويدن هستند و بنا به دلايل خاصي، حركت سريع خود را به راه رفتن تبديل كرده و بار ديگر شروع به دويدن مي‌كنند، توليد توان مورد نياز براي حركت سريع نيز به همين ترتيب ميان ران‌ها و پاشنه‌ها در حال گردش است.
آگاهي از همين نسبت‌هاي طلايي است كه محققان را در كمك به بيماران ناتواني حركت اميدوار كرده است. آنها به اين موضوع فكر مي‌كنند كه چگونه اين مطالعه و پروژه‌هاي ديگري از اين دست مي‌توانند به افراد نيازمند در برخورداري از سيستم‌هاي كمك‌حركتي و حتي كمك‌دويدن ياري رسانند. آگاهي از اين نكته كه چه بخش‌هايي از اندام‌هاي تحتاني، سهم بيشتري در توان توليد شده در حين حركاتي نظير راه رفتن يا دويدن دارند، همان كليد گمشده‌اي است كه سال‌هاست دانشمندان و مهندسان علم رباتيك و ساخت اندام‌هاي مصنوعي را از طراحي سيستم‌هاي مناسب كمك‌حركتي بازداشته بود. ازاين‌رو بايد شاهد آن باشيم كه در سال‌هاي آينده، اسكلت‌هاي رباتيكي يا اندام‌هاي مصنوعي ساخته شوند كه در بخش‌هاي مشخصي از آنها، مثلا در نزديكي ران و پاشنه موتورهاي ويژه‌اي كار گذاشته شده‌اند. كارشناسان، آينده روشني براي اين نگرش نوين در نظر گرفته‌اند، با اين حال نبايد از يك موضوع نگران‌كننده غافل شد و آن اين‌كه هزينه‌هاي بالا همواره مي‌تواند به عنوان يك چالش جدي در نظر گرفته شود.
در چند سال اخير چند نمونه اوليه از اين اسكلت‌ها كه به موتورهاي مخصوصي مجهز هستند، طراحي و ساخته شده‌اند كه براساس اطلاعات منتشر شده، هزينه چند ميليون دلاري براي آنها صرف شده است. در صورتي كه سيستم‌هاي كمك‌حركتي مجهز به اين موتورها از هزينه بالايي برخوردار باشند، عملا نمي‌توان به كاربردي شدن آنها در ميان افراد ناتوان حركتي اميد چنداني بست.

نويسنده : مهدي پيرگزي
منبع : روزنامه جام جم 1390/03/11

مقالات مقالات مقالات مقالات مقالات مقالات مقالات آموزشگاه رایانه اخبار ایران و جهاناخبار ایران و جهاناخبار ایران و جهانبانک سوال و جوابجوان امروزدانلود نرم افزار