تیمی از دانشآموزان ایرانی موفق شدند با بهبود عملکرد ماهیچههای پنوماتیک نرم، چالش دیرینه «رفت هسترتیک» (Hysteresis) و تأخیر زمانی در حرکت را مرتفع کنند که جایگزینی ایمن و بیصدا برای موتورهای الکتریکی سنگین است.
به گزارش سیناپرس، ماهیچه پنوماتیک بهبودیافته توسط تیمی از دانشآموزان ایرانی، سال گذشته توانست مدال طلای مسابقات INNOVERSE آمریکا را از آن خود کند. این فناوری نرم و بیصدا با شبیهسازی دقیق رفتار دینامیکی عضلات طبیعی، میتواند به بیماران ضایعه نخاعی و جانبازان جنگی در بازگشت توانایی گرفتن اشیاء کمک کند و کاربرد کلانی در حوزه توانبخشی به بیماران داشته باشد.
سال ۱۹۵۰ میلادی، دکتر جوزف مک کیبن با تصویری تلخ روبهرو شد. بیماران قطع عضو، مجبور به استفاده از پروتزهای سنگین و خشک فلزی بودند که هیچ شباهتی به حرکت نرم دست انسان نداشت. مک کیبن اولین «ماهیچه پنوماتیک» را از یک تور لاستیکی و پوشش بافتنی ساخت؛ عضلهای که با ورود هوا منقبض میشد.
با این حال، این فناوری تا هفت دهه بعد، هنوز با نقص بزرگی دست و پنجه نرم میکرد: رفتار غیرخطی و پدیده «پسرفت» (Hysteresis). یعنی این عضلات مصنوعی در حرکتهای تکراری، دقت خود را از دست میدادند و تأخیر زمانی آزاردهندهای داشتند.
آمار جهانی نشان میدهد میلیونها نفر بر اثر سکته مغزی، آسیب نخاعی، کهولت سن یا حوادث جنگی، توانایی گرفتن سادهترین اشیاء را از دست دادهاند. موتورهای الکتریکی در رباتها سنگین، پرسروصدا و خطرناک هستند؛ یک خطای کوچک میتواند استخوان بیمار را خرد کند. اما فناوری باد (پنوماتیک) مانند یک بالش نرم عمل میکند.
نسبت نیروی فوقالعاده بالا به وزن (بیش از ۱۵۰۰ نیوتن بر کیلوگرم) و نرمی ذاتی، این فناوری را به تنها راه حل مطمئن برای «اسکلتهای بیرونی» پوشیدنی تبدیل کرده است. دانشمندان جهان سالهاست درگیر حل معمای دقت حرکتی این عضلات هستند.
از دستکش توانبخشی تا کمک به جانبازان
کاربرد اصلی این فناوری، نجات جان استقلال بیماران ضایعه نخاعی و افراد دچار سکته مغزی است. دستکشهای توانبخشی نرم مجهز به این ماهیچهها، مانند یک لایه دوم عمل میکنند. بیمار با کوچکترین سیگنال عصبی باقیمانده، میتواند یک قاشق را بگیرد یا مداد را بردارد.
در حوزه اسکلتهای بیرونی، افراد سالمند قادر خواهند بود وزنی معادل ۵۰ کیلوگرم را بدون احساس خستگی بلند کنند. گزارشهای بینالمللی نشان میدهد هزینه تولید و نگهداری این فناوری، در مقایسه با نمونههای موتوری، به مراتب کمتر و ایمنی آن بسیار بالاتر است.
دسته مهم دیگر بیماران، جانبازان جنگی هستند. کشور ما میزبان تعداد قابل توجهی از جانبازانی است که دچار قطع عضو یا ضایعات حرکتی دست و پا شدهاند. پروتزهای سخت فلزی به دلیل تحمیل فشار به مفاصل باقیمانده، خود باعث فرسایش بیشتر بدن میشوند.
فناوری ماهیچه پنوماتیک با نرمی و بیصدایی خود، بهترین گزینه برای ساخت «اندام تحتانی مصنوعی» و «دستکشهای کمکی» است. این فناوری میتواند کیفیت زندگی جانبازانی را که سالها توانایی بستن بند کفش یا گرفتن یک لیوان آب را ندارند، به سطح قابل قبولی بازگرداند و حس استقلال دوباره را به آنها هدیه دهد.
برتری ایرانیها در شبیهسازی رفتار عضله
آمارهای ثبت اختراع تا سال ۲۰۲۳ نشان میدهد سه کشور چین، آمریکا و ژاپن، به ترتیب بیشترین سهم را در این حوزه دارند. غولهای صنعتی نظیر «فستو» در آلمان، عضلات بادشکن خود را با الیاف کولار میسازند تا اصطکاک را به صفر برسانند.
شرکت «بریجستون» در ژاپن نیز اولین تجاریسازیکنندگان این ایده بودند. با این حال، نقاط ضعف مشترک همه نمونههای خارجی عبارتند از: وابستگی شدید به کمپرسورهای بزرگ و بیرونی، صدای زیاد، مصرف بالای هوا و مهمتر از همه، ناتوانی در شبیهسازی دقیق «دینامیک رفتار عضله» در لحظات مختلف.
نخبگان ایرانی در این میدان رقابتی، متشکل از دانشآموزان «نیکی ابتدایی»، «پارسا احمدپور رامیننژاد»، «باران درخشنده دریاسری»، «سارینا نصرتی» و «رامیا راهجو» توانستند گوی سبقت را برباید. آنها موفق به کسب مدال طلای مسابقات بینالمللی اختراعات INNOVERSE ۲۰۲۵ شدند؛ مسابقاتی که در تاریخ ۲۴ آگوست ۲۰۲۵ (مردادماه ۱۴۰۴) به میزبانی آمریکا برگزار گردید و ۱۷۷ تیم از ۴۷ کشور جهان در آن حضور داشتند.
رمز موفقیت ایرانیها، تمرکز بر «شبیهسازی دینامیکی» و کاهش پدیده «پسرفت» بود، در حالی که رقبا صرفاً روی جنس و مواد اولیه متمرکز مانده بودند.
عضلات تحریمشکن ایرانی که حال بیماران را خوب میکند
بومیسازی این فناوری در خاک ایران، دستاوردهای حیاتی متعددی به همراه دارد. اولاً، استقلال فناورانه در شرایط تحریم. واردات اسکلتهای بیرونی آماده از کشورهای اروپایی تقریباً غیرممکن و بسیار گران است.
دانش فنی شبیهسازی دینامیکی که اکنون توسط نوجوانان ایرانی به بلوغ رسیده، به مهندسان کشور اجازه میدهد «دستگاه توانبخشی دست» را با قیمت تمام شده بسیار پایین و متناسب با شرایط جسمی بیماران ایرانی طراحی کنند.
به نقل از آنا، ثانیاً، کاهش وابستگی ارزی و ایجاد اشتغال برای نخبگان داخلی. تولید این ماهیچههای نرم در داخل کشور، نیاز به واردات تجهیزات فیزیوتراپی گرانقیمت را کاهش میدهد و زنجیره جدیدی از کسب و کارهای دانشبنیان را ایجاد میکند. هزینه پیادهسازی مدل ایرانی به مراتب کمتر از نمونه آلمانی (Festo) است و به مواد اولیه خاص و گرانقیمت نیاز ندارد.
مزیت دیگر، قابلیت شخصیسازی آسان برای هر بیمار است؛ ویژگیای که نمونههای تولید انبوه خارجی فاقد آن هستند. این موفقیت، مصداق عینی «اقتصاد مقاومتی» و تکیه بر توان داخلی برای حل معضلات ملی در عرصه سلامت و توانبخشی است.