اولین اسکلت خارجی رباتیک غواصی جهان، غواصی را آسان‌تر و فشار عضلانی را از بدن غواص کاهش می‌دهد.

محققان چینی با توسعه یک اسکلت خارجی مخصوص زیر آب و قابل حمل برای پشتیبانی از حرکت زانوی غواصان، به اولین دستاورد جهانی در این زمینه دست یافته‌اند.

به نقل از آی‌ای، پیشرفت در «رباتیک پوشیدنی» می‌تواند منجر به افزایش عملکرد انسان در فعالیت‌های زیر آب شود. این پیشرفت که توسط تیمی از دانشگاه پکن به رهبری پروفسور وانگ چینینگ(Wang Qining) ایجاد شده است، انتظار می‌رود که نیازهای فیزیکی غواصان، به ویژه مصرف هوا و تلاش عضلانی آنها را کاهش دهد.

محققان خاطرنشان کردند: چنین سیستم‌هایی با کاهش بار فیزیکی و مصرف اکسیژن غواصان می‌توانند مدت زمان غواصی را افزایش دهند، ایمنی را بهبود بخشند و خستگی را کاهش دهند.

این فناوری می‌تواند امکانات جدیدی را برای کاربردها در تحقیقات دریایی، ساخت و ساز زیر آب و آموزش حرفه‌ای غواصان ایجاد کند.

غلبه بر چالش اعماق دریا

انسان‌ها به گونه‌ای تکامل یافته‌اند که در خشکی، راه رونده‌های کارآمدی باشند. با این حال، این مسیر تکاملی، آنها را به غواصانی ناکارآمد تبدیل کرده است که برای طی کردن مسافت مشابه در زیر آب به انرژی بیشتری نیاز دارند.

محیط آبی، موانع بزرگی را برای تحرک در زیر آب و حتی سازگاری موفقیت‌آمیز فناوری کمکی ایجاد می‌کند. حرکت در زیر آب از نظر مصرف انرژی بسیار بیشتر از راه رفتن روی خشکی است، زیرا غواصان باید به طور مداوم با مقاومت آب دست و پنجه نرم کنند. این مبارزه مداوم، استقامت و دامنه عملیاتی غواص را محدود می‌کند.

اگرچه اسکلت‌های خارجی پوشیدنی با موفقیت توانایی خود را در کاهش مصرف انرژی در محیط‌های زمینی نشان داده‌اند، اما تبدیل این فناوری به استفاده در زیر آب، یک چالش طولانی بوده است. این چالش ریشه در نیازهای بیومکانیکی شنا یا لگد زدن، همراه با فشارهای محیطی منحصر به فرد محیط سیال دارد.

نحوه کار این فناوری

این دستگاه نوآورانه، یک اسکلت خارجی مخصوص زانوی زیر آب دو طرفه با کابل است. این دستگاه با ارائه گشتاور کمکی در لحظه به زانوها، به طور خاص با هدف قرار دادن پا زدن که روش اصلی نیروی محرکه برای غواصی است، عمل می‌کند.

علاوه بر این، حسگرهای حرکتی پیشرفته و کنترل مبتنی بر نیرو، این سیستم را قادر می‌کند تا به راحتی با نحوه حرکت طبیعی غواص ادغام شود.

اثربخشی این اسکلت خارجی در آزمایش‌هایی با ۶ غواص باتجربه تأیید شد. هنگامی که از این اسکلت خارجی برقی استفاده شد، غواصان در مقایسه با غواصی بدون دستگاه، بهبود کارایی را نشان دادند. آنها هوای بیشتری را ذخیره کردند و مصرف اکسیژن به میزان قابل توجه ۲۲.۷ درصد کاهش یافت.

علاوه بر این، بار فیزیکی روی عضلات پا کاهش یافت که با کاهش ۲۰.۹ درصدی فعال‌سازی عضله چهار سر ران و کاهش ۲۰.۶ درصدی فعال‌سازی عضله ساق پا مشهود است.

نکته مهم اینکه غواصان به خوبی با کمک مکانیکی سازگار شدند و الگوهای حرکتی طبیعی را نشان دادند که در مجموع منجر به بهبود قابل توجه در صرفه‌جویی کلی انرژی آنها در زیر آب شد.

این اسکلت خارجی قادر خواهد بود عملکرد غواصان را افزایش داده و همچنین فشار فیزیکی بر آنها را کاهش دهد.

همچنین در استفاده فوری می‌تواند برای کارهایی مانند تحقیقات دریایی و عملیات پیچیده زیر آب ارزش عملی ارائه دهد. اگرچه تأثیر آن بسیار فراتر از کاربردهای فعلی است.

این دستگاه همچنین بینش‌های جدید و ارزشمندی در زمینه تکنیک‌های آموزش غواصان و بیومکانیک زیر آب انسان ارائه می‌دهد و ابزاری برای مطالعه و بهینه‌سازی حرکت در محیط‌های آبی ارائه می‌دهد.

پیشرفت‌های قبلی در این زمینه شامل انتشار طرح‌هایی برای اسکلت‌های خارجی آبی با الهام از زیست‌شناسی بوده است. این لباس‌های رباتیک برای افزایش قدرت کاربر و امکان تقلید از سبک‌های شنای بسیار کارآمد حیوانات دریایی مانند پنگوئن‌ها، دلفین‌ها و لاک‌پشت‌ها در نظر گرفته شده بودند.

این مطالعه در مجله IEEE Transactions on Robotics منتشر شده است.