الذكاء الاصطناعي يمنح الأطراف التعويضية شعورا حركيا

أصبحت تستخدم أجهزة استشعار للكشف عن الإشارات الكهربائية من العضلات المتبقية مما يسمح للمستخدمين بالتحكم فيها

اندبندنت عربية / سامي خليفة صحافي متخصص في العلوم والتكنولوجيا

في عالم الرعاية الصحية وإعادة التأهيل شهد مجال الأطراف الاصطناعية نهضة على مدى العقد الماضي، ولاحظنا كيف تطورت النظرة التقليدية للأطراف الاصطناعية من اعتبارها مجرد ملحق سلبي تجميلي لتصبح اليوم تتمتع بوظائف وقابلية للتكيف تتفوق على سابقاتها.

بالنسبة إلى الأشخاص الذين فقدوا أطرافهم، تعمل هذه الأجهزة على تحسين نوعية الحياة من خلال توفير الحركة والاستقلالية، وهي تختلف جذرياً عن الأطراف الاصطناعية القديمة غير المريحة التي مع ذلك ربما ساعدت الناس على العودة إلى العمل والشعور بالقبول في حياتهم اليومية.

متى اُخترعت الأطراف الاصطناعية؟

لا يعرف المؤرخون على وجه اليقين ما إذا كانت الأطراف الاصطناعية الأولى وظيفية أم مظهرية، ووفقاً لكاثرين أوت، المسؤولة عن قسم الطب والعلوم في المتحف الوطني للتاريخ الأميركي التابع لمؤسسة “سميثسونيان”، فإن هذا يرجع جزئياً إلى أن الثقافات المختلفة لديها أفكارها الخاصة حول ما يجعل الشخص كاملاً.

أقدم الأطراف الاصطناعية المعروفة هي عبارة عن إصبعين اصطناعيين مختلفين من مصر القديمة، أحدها معروف باسم “إصبع جريفيل تشيستر”، مصنوع من الكرتون وعمره يراوح ما بين 2600 و3400 عام، ويعتقد الباحثون أنه كان لأغراض تجميلية.

أما الطرف الاصطناعي الآخر فهو إصبع قدم خشبي وجلدي يعرف باسم “إصبع كايرو”، ويقدر عمره ما بين 2700 و3000 عام، ويعتقد العلماء أنه أقدم طرف اصطناعي عملي معروف نظراً إلى مرونته ولأنه أعيد تركيبه لمستخدميه مرات عدة.

وفي عام 300 قبل الميلاد استخدم أحد النبلاء الرومان القدماء في إيطاليا ساقاً اصطناعية تعرف باسم “ساق كابوا”، وكانت الساق مصنوعة من البرونز والخشب المجوف وكانت مثبتة بأشرطة جلدية.

ومن أشهر الأطراف الاصطناعية القديمة الأخرى هي أقدام اصطناعية من سويسرا وألمانيا، صنعت بين القرنين الخامس والثامن من الخشب أو الحديد أو البرونز ويرجح العلماء أنها كانت تربط بالطرف المبتور المتبقي.

تحسينات عبر التاريخ

من أواخر القرن الـ15 إلى القرن الـ19، كانت فرنسا وسويسرا تصنع أطرافاً اصطناعية يمكنها الدوران والانحناء باستخدام الكابلات والخشب وغيرها من المواد وكانت هذه الأجهزة البدائية في حاجة إلى التعديل يدوياً.

تجاوزت الأطراف الاصطناعية الدور التجميلي (أ ف ب)

وخلال القرن الـ20، بدأ المصنعون بصناعة أطراف اصطناعية أكثر وظيفية من خلال استبدال الخشب والجلد بالبلاستيك والمواد الاصطناعية الأخرى لكنها بقيت بعيدة من متناول معظم الناس، بمن في ذلك المحاربون القدامى وذلك لأنها صممت لمهام محددة مثل العزف على البيانو، أما المحاربون القدامى فلم يستفيدوا منها حتى الحرب العالمية الأولى، عندما زادت صناعة الأطراف الاصطناعية للجنود الذين يعانون فقدان الأطراف في بريطانيا العظمى.

وبحسب الطبيب والمؤرخ الأميركي جيفري أس ريزنيك، فإن تركيب الأطراف الاصطناعية خلال الحرب العالمية الأولى كان يحدث أحياناً في المستشفيات العسكرية، وكان الجنود الذين يتعافون يخرجون من تلك المرافق مزودين بأطراف اصطناعية تستبدل الأطراف المبتورة.

تطور الأطراف الاصطناعية 

تبدو الأطراف الاصطناعية اليوم وتعمل بصورة مختلفة تماماً عن تلك التي صنعت قبل أواخر القرن الـ20، وبينما كانت تاريخياً هذه الأطراف تصنع من مواد ثقيلة مثل الخشب والمعادن، فاليوم وبفضل التقدم في علم المواد، بات لدينا مواد أخف وزناً وأكثر متانة ومرونة مثل ألياف الكربون والسيليكون والبوليمرات المتقدمة، ولا تجعل هذه المواد الطرف الاصطناعي أخف وزناً وأكثر متانة فحسب، بل تسمح له أيضاً بتقليد مظهر وشعور الجلد الطبيعي، مما يوفر للمستخدمين تجربة أكثر راحة.

وربما يكون التطور الأكثر إثارة في هذا المجال هو تطوير الأطراف الاصطناعية الإلكترونية والكهربائية العضلية، وتستخدم هذه الأطراف أجهزة استشعار للكشف عن الإشارات الكهربائية من العضلات المتبقية للمستخدم، من ثم يتم تحويل الإشارات إلى حركات، مما يسمح للمستخدمين بالتحكم في أطرافهم الاصطناعية باستخدام تقلصات عضلاتهم الخاصة، وأدى هذا الأمر إلى تحسين نطاق وسلاسة الحركات المتاحة لمبتوري الأطراف بصورة كبيرة، وجعلت المهام مثل الإمساك بالأشياء أو المشي بصورة طبيعية أكثر سهولة.

ومن الأمور التي يجب ذكرها أيضاً دور الطباعة ثلاثية الأبعاد، إذ تسمح هذه التكنولوجيا بالإنتاج السريع للأطراف الاصطناعية المخصصة التي تلبي الحاجات الفريدة لكل مستخدم، وهذا الأمر لا يعمل على تسريع عملية التصنيع فحسب، بل يقلل أيضاً من الكلف، كما يجعل الوصول إلى الأطراف الاصطناعية المتقدمة أكثر سهولة من قبل مجموعة أوسع من الأفراد.

وبالاستعانة بإشارات من علم الأعصاب تتجه بعض الأطراف الاصطناعية المتطورة الآن إلى مجال الواجهات العصبية المباشرة، ومن خلال إنشاء اتصال بين الطرف الاصطناعي والجهاز العصبي للمستخدم، يمكن لهذه الأجهزة أن توفر تحكماً أكبر بالطرف الاصطناعي، وعلى رغم أن هذه التقنية لا تزال في مراحلها الأولى، فإنها تحمل بارقة أمل بالسماح لمرتدي الأطراف الاصطناعية بالشعور بالأحاسيس الطبيعية من خلالها.

دور الذكاء الاصطناعي

بعد كل ما ذكرناه لا بد لنا أن نشير إلى اعتماد العلماء اليوم على الذكاء الاصطناعي لمنح الأذرع الاصطناعية الاستقلالية لأداء أفعال مماثلة لحركة الأصابع، على سبيل المثال، ابتكر فريق من الباحثين من جامعة “نيوكاسل” البريطانية عام 2017 يداً اصطناعية تستخدم الرؤية الحاسوبية لتحديد الكائن أو الشيء المزمع التقاطه وضبط القبضة من دون تدخل يدوي من المستخدم.

طاول استخدام الذكاء الاصطناعي في الأطراف التعويضية الحيوانات (أ ف ب)

وبما أن المهام مثل القفز فوق العوائق أو المشي على أرض غير مستوية أو صعود مجموعة من السلالم تكون صعبة على الشخص الذي يستخدم ساقاً اصطناعية، اتخذ المهندسون في جامعة يوتا الأميركية خطوات لتسهيل هذه المهام الشائعة من خلال تطوير ساق اصطناعية تستفيد من الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي للتكيف مع بيئات مختلفة بناء على ردود الفعل من الطرف المتبقي للمستخدم.

تستخدم الساق هذه أجهزة استشعار على عضلة الورك المتبقية لتحديد الحركة المقصودة للمستخدم وتعتمد على الذكاء الاصطناعي لثني الركبة الاصطناعية وضبط مدة التأرجح وفقاً لذلك، ويمكن للساق أيضاً التكيف مع نمط خطوة المستخدم المحدد مما يؤدي إلى حركة سهلة وأكثر طبيعية للمستخدم.

وطور باحثون في جامعة مينيسوتا الأميركية طريقة جديدة ومتطورة لفك تشفير الإشارات باستخدام نظام الذكاء الاصطناعي، ولتدريب هذا النظام يرتدي مستخدم الطرف الاصطناعي قفاز يجمع البيانات على ذراعه الموجودة ثم يحاول ذهنياً القيام بحركات يد متكررة على ذراعه المبتورة، وبينما يفعلون ذلك يسجل قفاز البيانات الحركة المقصودة بينما تسجل واجهة العصب الطرفي الإشارات العصبية على الذراع المفقودة.

انطلاقاً من ذلك يتعلم نظام الذكاء الاصطناعي ربط أنماط الإشارات العصبية بحركات اليد المحددة، وأفضل ما في جهاز فك التشفير بالذكاء الاصطناعي هذا هو أنه يمكنه التعرف على عديد من الحركات وتفعيلها في الوقت نفسه مثل الضغط الذي يتضمن حركة متزامنة للإبهام والسبابة.

في الأثناء يقول العلماء، إن الأطراف الاصطناعية ذات التغذية الحسية الكاملة ستكون هي المستقبل، بحيث سيتمكن مستخدموها من الشعور بالجسم الذي يحملونه ومدى سخونته أو حتى نعومته.

وبدأ البحث بالفعل في تحديد أفضل طريقة لربط الأطراف الاصطناعية بالنظام الحسي الجسدي من طريق تسجيل البيانات من أجهزة الاستشعار الموضوعة على الأطراف الاصطناعية، وترميزها في إشارات، ومن ثم إرسالها إلى الدماغ في شكل تحفيز كهربائي.

المزيد عن: الذكاء الاصطناعيمصرأطراف تعويضيةالرعاية الصحيةبريطانيا