في التجارب مع 11 شخصًا قادرًا على العمل ، استغرقت ما يسمى بخوارزمية الإنسان في الحلقة حوالي ساعة لتحسين الهيكل الخارجي ، وبعد ذلك ، قللت كمية الطاقة التي يحتاجها المشاركون للمشي بنسبة 24 في المائة ، في المتوسط. عضو فريق البحث راشيل جاكسون ، باحثة ما بعد الدكتوراه في قسم الهندسة الميكانيكية في جامعة كارنيجي ميلون (CMU).
وقال جاكسون لـ Live Science "حجم التخفيض كان مذهلاً للغاية".
نشرت جاكسون وزملاؤها ، بقيادة ستيفن كولينز ، الأستاذ المشارك في الهندسة الميكانيكية CMU ، وخوانجوان زانج ، الذي كان يعمل سابقًا في جامعة كاليفورنيا الوسطى ، وأستاذ الآن في جامعة نانكاي في الصين ، نتائج أبحاثهم عبر الإنترنت اليوم (22 يونيو) في المجلة علم.
قال جاكسون إن الحمل الخفيف جذاب بالتأكيد ، ولكن الهيكل الخارجي الشخصي يمكن أن يزيد أيضًا من المسافة التي يمكن أن يمشيها شخص قادر على الحركة ، ويمكن أن يساعد الأفراد على الركض بشكل أسرع.
وقال جاكسون إن الأشخاص الذين يعانون من إعاقات جسدية ، مثل أولئك الذين عانوا من سكتة دماغية أو إصابة عصبية أو بتر ، قد يدركون فوائد أيضًا. وقالت إن الهيكل الخارجي الشخصي يمكن أن يجعل المشي سهلاً أو أسهل مما كان عليه قبل البتر أو الإصابة.
في السابق ، كان أكبر متوسط لانخفاضات الطاقة الذي حققته فرق البحث الأخرى 14.5 في المائة ، باستخدام الهياكل الخارجية للكاحل المعدلة يدويًا التي يتم ارتداؤها على ساقيها ، و 22.8 في المائة ، باستخدام بدلة خارجية تعمل على كل من الوركين والكاحلين باستخدام إعدادات مبرمجة مسبقًا.
لكن خوارزمية CMU البشرية في الحلقة كانت تؤدي بشكل أفضل ، ولم تعتمد على البرمجة المسبقة.
قال جاكسون: "كانت هذه الخوارزمية جيدة جدًا لدرجة أنها تمكنت من اكتشاف استراتيجية مساعدة لخفض تكاليف الطاقة باستخدام جهاز واحد فقط". "كان ذلك رائعًا جدًا."
قال جاكسون إن التحدي مع الهياكل الخارجية هو أنه على الرغم من أنها تهدف إلى مساعدة شخص ما ، إلا أنها يمكن أن تعرقل الحركة. بالنسبة للمبتدئين ، يأتي كل جهاز بوزنه الخاص ، الذي يتراوح من بضع أونصات إلى بضعة أرطال ، ويجب على المستخدم حمل هذا الوزن. وقال جاكسون إن الهياكل الخارجية مصممة أيضًا لتطبيق القوة على أجزاء معينة من الجسم ، ولكن إذا كان توقيت القوة معطلاً ، فقد يحتاج الشخص إلى استخدام المزيد من الطاقة للتحرك. وهذا يؤدي إلى نتائج عكسية.
خلال مرحلة التحسين في الدراسة الأخيرة ، ارتدى كل مشارك هيكل خارجي للكاحل بالإضافة إلى قناع مصمم لقياس مستويات الأكسجين وثاني أكسيد الكربون (CO2). تتعلق هذه الإجراءات بكمية الطاقة التي ينفقها الشخص. بينما يسير كل شخص على جهاز المشي بوتيرة ثابتة ، يطبق الهيكل الخارجي مجموعة من أنماط المساعدة المختلفة للكاحلين وأصابع القدم.
كانت هذه الأنماط مزيجًا من وقت تطبيق القوة ومقدار القوة. على سبيل المثال ، يمكن تطبيق القوى في وقت مبكر في الموقف (عندما يضرب الكعب الأرض لأول مرة) ، في منتصف الموقف (عندما تكون القدم مسطحة) أو في وقت متأخر من الموقف (عندما تنحرف القدم إلى إصبع القدم). خلال هذه الاختلافات في المواقف ، يمكن تطبيق كمية أكبر أو أصغر من القوة.
اختبرت الخوارزمية ردود المشاركين على 32 نمطًا مختلفًا ، والتي تتغير كل دقيقتين. ثم قام بقياس ما إذا كان النمط يجعل المشي أسهل أو أكثر صعوبة على الشخص.
بحلول نهاية الجلسة ، التي استمرت أكثر من ساعة ، أنتجت الخوارزمية نمطًا فريدًا من المساعدة تم تحسينه لكل فرد.
وقال جاكسون "فيما يتعلق بالشكل العام للأنماط ، كان هناك تنوع كبير ، مما يشير إلى أهمية تخصيص هذه الاستراتيجيات لكل شخص ، بدلاً من تطبيق نفس الشيء على الجميع".
وأضافت أن الجهاز ربما كان يعمل بشكل جيد ليس فقط لأنه كان "يتعلم" ، ولكن أيضًا لأنه لأنه غير نمط المساعدة ، كان الشخص الذي يستخدمه يتعلم أيضًا.
وقال جاكسون "نعتقد أنها تجبر الناس على استكشاف طرق مختلفة لتنسيق مشيتهم للتفاعل بشكل أفضل مع الجهاز". يساعد ذلك في توجيه الشخص حول أفضل طريقة لاستخدام الجهاز والحصول على أكبر فائدة منه. قالت "إنه طريق ذو اتجاهين".
يخطط أعضاء آخرون في الفريق لاختبار كيفية توسيع الخوارزمية لإنشاء هيكل خارجي مع ستة مفاصل ، مصممة ليتم ارتداؤها في النصف السفلي بأكمله من الجسم.
