[Робототехника ғажабы] Робототехника жарымжан жандардың мәселесін қалай шешеді?

«Пән ғажабы неде» жобаның барлық мақалалары
«Робототехника ғажабы» циклдың басқа мақалалары
Алуантүрлі робототехника
Футуристік болашақтың бастамасы: роботтар қалай жасалынады
Бастан-аяқ робототехника олимпиадалары туралы
Құлтемірлердің бізді құрдымға кетіруге де уақыттары жоқ
Есерсоқ қолдар (robotics edition!)

Сiз шегенi балғамен ұрып немесе стакандардан мұнара жасап көрдiңiз бе? Тепе-теңдiктi ұстай отыра жиекпен жүрiп, я болмаса шағын жәшiктi баспалдақпен көтердiңiз бе? Бұл тапсырманың барлығы қарапайым көрiнедi, алайда бұларды жасанды протезбен орындау да осылай оңай ма? Бұл сұраққа жауап беру үшiн, жарымжан адамдар бұрын қиынға түскен тапсырмаларды заманауи технологиялар көмегiмен орындайтын әрi өндірушілерге өнiмдерiн дамытуға шабыт бере отырып, қолданылған технологияларды тексеретiн жарыс — CYBATHLON-ға қарау жеткiлiктi. Дегенмен, кибатлеттердiң жарысы кедергiлер жолағымен ғана шектелмейдi: бүгiнде олар нейрокомпьютерлiк интерфейстiң көмегiмен компьютер ойындарында да жарысады, тiптi мүгедектерге арналған арбада отырып баспалдақпен де түсе алады. «Робототехника ғажабы» санының қорытынды мақаласында бiз «ерекше» жандардың өмiрiн өзгертетiн ғылым мен технологиялар туралы айтатын боламыз.

Биомехатроника

Протездердi, электростимуляторларды және нейрокомпьютерлiк интерфейстердi құруға деген қажеттiлiк медицина мен робототехниканы бiрiктiретiн бiлiм — биомехатрониканың ашылуына себепші болды. Биомехатроника (бионика) — бұл көптеген механикалық, процессорлық, электронды және электротехникалық компоненттерден тұратын мехатронды жүйелер мен биологиялық ағзалардың өзара әрекеттесуiн зерттейтiн қолданбалы ғылым саласы. Биомехатронды жүйелер деп әдетте киберпротездердi атайды. Киберпротездердiң арқасында бионика аяқ, қол, саусақ қызметтерiн қалпына келтiруден бөлек, адамның жүрек—тамыр және тыныс алу жүйесiнiң жұмысына ақылды механизмдердi енгiзуге мүмкiндiк бередi. Осылайша, биология мен механиканы тоғыстыратын ғылым бiздi тек робот-гуманоидтарды ғана емес, сонымен қатар трансплантацияға арналған жасанды ағзалар мен мен мүмкіндіктері шектеулі жандарға арналған бионикалық протездердi де жасауға үйреттi.

\(2010\) жылы халықаралық нарықта британдық RSL Steeper компаниясымен таныстырылған BeBionic қол протезi бионикалық аяқ-қолдардың мысалы болып табылады. Ол кезде ересек адамға арналған жасанды қолдың бар болғаны төрт функционалды ұстауы бар болатын, десе де ол сол кездiң өзiнде тамақ жеуге, iшуге, пернетақтада теруге, құлыптың кiлтiн бұрауға, банкоматты қолдануға және ұсақ заттарды ұстауға мүмкiндiк беретiн.

Бүгiнде бионикалық протездердiң атқара алатын қызметтерi бiрнеше мәрте өскен. Мысалға, Samsung Electronics Motorica-мен бiрлесе отырып, тағатын құрылғы Galaxy Watch-ты INDY, MANIFESTO және тартқыш CYBI сынды бионикалық протездерге кiрiктiрдi. Осы сияқты әрбiр протездi компанияның серверлерiне — адамдар коммерциялық iспен айналыса алатын, ортақ қызығушылықтарымен бөлiсетiн немесе инновациялар ойлап табатын Motoricaның кибер-адамдарына арналған цифрлы экожүйеге қосуға болады. Фирмалық қосымша бионикалық құрылғыда ым-ишарат бiлдiруге, телеметрия ақпараттарын жiберуге және сенсорлардың сезгiштiгiн өзгертуге мүмкiндiк бередi.

RSL Steeper мен Motorica сияқты компаниялар бионикалық қолдарды дамытумен айналысып жатқанда, Массачусетс Технология Институтының (MIT) биофизика профессоры әрi инженерi Хью Герр ең озық бионикалық аяқ протездерiн жасауда.

Профессор бала күнінен спорттық тауға өрмелеумен әуестенген едi, бiрақ \(1982\) жылы қысқы жарыс кезiнде жазатайым оқиға орын алды. \(17\) жасында жас алпинист тауға \(3\) күнге қамалып қалып, салдарынан аяқ-қолдарын үсiтiп алды. Екi аяғын да тiзеден төмен ампутациялауға, ал сүйiктi iсiмен қоштасуға тура келдi. Алайда, бұның өзі оның тауға өрмелеуге деген құштарлын жоя алмады. Оқиғадан кейін жыл да өтпестен Хью Герр қайта тауға өрмелеу үшiн протез жасауға құлшына кiрiстi. Аяқ қызметiн қалпына келтiремiн деген оймен жас ғалым протез құрастыруды өзiнiң шеберханасында бастады. Кейiннен, MIT-да профессор болып, өзiнiң жобасын жетiлдiрдi және университет аясындағы Media Lab биомехатроника тобын басқарды. Оның зерттеулерiнiң негiзгi бағыты — озық протездердi модельдеу. Атақты робототехниктiң қоржынында биомехатроника тақырыбында жазылған \(60\)-қа жуық жұмыс пен \(10\)-нан көп патент бар. Солардың бiрi — \(2014\) жылы жасалынған әлемдегi ең алғашқы табан буынының автономды экзоқаңқасы. Сол жылы Хью Герр TEDx-те сөз сөйлеп, өзiнiң протездерi мен оларды жетілдірудегі зерттемелерін ұсынды. Профессор тура мағынасында өзiн қайта жинады! Дәрiс барысында ол жуырда адамдардың табиғи және механикалық әлем арасындағы шекараны мәңгiге өшiретiн жаңа денеге ие болатынын да атап өттi.

3D басылған протездер

Профессор Хью Герр жасағандай протез құруды неден бастауға болады? Әрине, \(3\)D-модельдеу мен \(3\)D-принтердi үйренуден бастау керек.

Протездер ауқымды, күрделi компоненттi метал корпустартан тұрған кездер ақырындап өткеннің еншісінде қалуда — бүгiнгi протездердiң көпшiлiгi жаңаша құрылған. \(3\)D-принтерлердiң пайда болуымен протездерге арналған көптеген бөлшектердi \(3\)D-модель негiзiнде жасай бастады, бұл жарымжан адамдардың өмiрiн жеңiлдетуге айтарлықтай көмегiн тигiздi.

\(3\)D баспалы протездердiң негiзгi артықшылықтары неде?

• Бiрiншi кезектегi ең басты артықшылығы — бағасы. Мұндай протез металл корпусты протезден әлдеқайда арзанырақ. Бүгiнгi таңда қарапайым технологиямен (металлдан) жасалған протездiң құны \(1000000\) теңгеден бастап \(17000000\) теңгеге дейiн жетсе, \(3\)D-принтерлерде басылған протездердiң құны \(28000\) теңге мен \(84000\) теңге арасында ауытқиды.

• \(3\)D-баспалы протездердiң қарапайым протездерден артықшылығын анықтайтын екiншi маңызды фактор — дайындалу жылдамдығы. Әрбiр адамға жеке сәйкестендiрiп тексеру керек болғандықтан протездi қазiргi технологиялармен өндiруге бiрнеше апта, тiптi айлап уақыт кетеді. Ал протездi \(3\)D-принтерде жасау болса, бiр күннен бастап бiр аптаға дейiнгi уақытты ғана алады.

• Әмбебаптылық —\(3\)D-протездеу технологиясының тағы бiр артықшылығы. \(3\)D-принтерде дайындалған конструкция әрбiр адамның жеке ерекшелiктерiне орай оңай икемделiнiп, модельдене алады. Одан бөлек, мұндай протездер дизайнерлiк, күшейтiлген, түстi, жазумен және суретпен бола алады — таңдаулар жеткілікті.

• Ыңғайлылықты айтпасқа болмас, модельдеу кезiнде барлық протездердi әрбiр адамға келiстiрiп, сәйкес келмеген жағдайда оларды ауыстыру мүмкіндігі де бар.

Оның үстiне \(3\)D-принтер тек қана протездердi ғана басып шығарып қоймайды, сонымен қатар Темiр адам сияқты суперқаһармандар жайлы фильмдерді көргеннен кейін қызығушылығы туындаған жанкүйерлер үшін экзоқаңқалардың бөлшектерiн де жасай алады.

Экзоқаңқалар

Егер фантастика әлемiнде экзоқаңқалар адамның физикалық қабiлеттерiн арттыру мақсатында қолданылса, шынайы өмiрде мұндай жаңалық ауыр дерттен кейiнгі оңалту мақсатында қолданылады: көбiнесе бұған инсульт алған немесе жұлынына зақым келген адамдар мұқтаж.

Ағзаның жоғалған қызметтерiн қалпына келтiру мақсатында REX Bionics бағдарламашылары аяқ дисфункциясы бар адамдарға арнап REX экзоқаңқаларын нарыққа шығарды. Экзоқаңқа жүруге, тұруға және отыруға, баспалдақпен көтерiлуге, тiптi «ай жүрiсiн» жасауға да көмектеседi. Қолданушының өзi бақылау панелi мен джойстиктiң көмегiмен оны басқарады. Сондай-ақ, REX мүгедектер арбасында ұзақ болудан туындайтын асқынуларды да емдей алады.

Жалпы алғанда, «ерекше» жандарға арналған активтi экзоқаңқалардың (қолданушыдан күш қолдануды талап етпестен қимылдарды орындайтын экзоқаңқалар) жұмыс iстеу принципi барлық өндiрушiлерде бiрдей. Жамбас және тiзе буындары әрбiр аяққа бекiтiлген электрқозғалтқыштармен жиырылып, жазылады. Құрылғы тұтынушының салмағын көтереді, бірақ тепе-теңдікті сақтау үшін кей жағдайда балдақты қажет болуы мүмкін. Басқару пультiнде REX экзоқаңқасының джойстигiндегi сияқты қадамдарды iске қосу мен жылдам жүрiс, баяу жүрiс, баспалдақпен көтерiлу, тоқтау және тағы басқа көптеген баптаулардан тұратын жүрісті активтендіру мен қарқынды құру батырмалары орналасқан. Осы арқылы экзоқаңқа адамды қимыл-қозғалысқа келтіреді, әрi аяқ-қолдың дұрыс қызметiн бiртiндеп қайтара отырып, адамдарға ми мен жұмыс iстеушi бұлшық еттер арасындағы әлсiреген байланысты қалпына келтiруге көмектеседi.

Жасанды ағзалар

Күн сайын робототехника талай адамның өмiрiне аяққа тұруларына көмектесiп, кiрiссе де, робототехника мен медицина одағының ғажаптары мұнымен бiтпейдi: жасанды ағзаларды жасауда да дәл осы робототехника қолданылады.

Кардиологияда биологиялық немесе механикалық протездердi жүрек қақпақшаларын ауыстыру үшiн белсендi қолданады. Егер жүректiң электрлiк қызметi немесе бұлшықеттердi жиыруға керек ипульстердi тудыратын қабiлетi зақымданса, науқасқа жүрек жұмысына қажеттi электрлiк ритмдi беретiн пейсмейкер немесе кардиостимулятор тәрiздi шағын аппараттарды имплантациялайды. Құрылғыны кеуде бұлшық етiне тiгіп, сымдармен жүрекке жалғайды.

Жасанды ағзаларды жасаудағы ең басты өнертабыс \(2013\) жылы құрылған CARMAT компаниясының жасанды жүрегi болып табылады. Тiптi француз кардиохирургтерi мен биоинженерлерi осы автономды жасанды жүректi бiрнеше ерiктiге орната алды. Аппараттың өзi жолақшалар iшiнде қысымды тудыратын және қанды айдайтын екi қарынша мен екi сорғыдан тұрады. Сорғылар артерия қысымы мен қан айналымының жылдамдығына жауапты тiрi жүректiң жүйке жасушаларына ұқсас микропроцессор мен датчиктер арқылы реттеледi. Жасанды жүректiң кемшiлiгi — аппарат шағын сөмкеге сиятын, толықтай қуат алғаннан соң он екi сағат көлемiнде жұмыс жасайтын сыртқы қуат көзiне тәуелдi.

Бiрақ соның өзiнде автономды жасанды жүрек — биология әлемiндегi робототехниканың нағыз кереметi!

Нейрокомпьютерлік интерфейстер

Ғалымдар жасанды ағзаларды жасаумен қатар, нейрокомпьютерлiк интерфейстердi де әзiрлеуде. Нейроинтерфейстер — бұл құрылғыларды ми импульстерiнiң көмегiмен басқаруға көмектесетiн, сол арқылы мүмкіндігі шектеулі адамдарға, әсiресе сал ауруына шалдыққан жандарға мүгедектер арбасын, смартфонды, компьютердi, ақылды үйдi және көптеген басқа заттарды басқаруға керемет мүмкiндiк беретiн таңғажайып технология.

Жуырда Илон Маск негiзiн қалаған Neuralink компаниясы наноэлектродтар көмегiмен бас миының қабығына байланысатын чиптi таныстырды. Мұндай чип жүйке жүйелерiнiң сигналдарын санап, оларды Bluetooth арқылы, мысалға айталық, смартфонға жiбередi де адамға гаджетті басқаруға мүмкiндiк бередi. Чип жүйесiнiң негiзi болып мидағы тамырларға тиiп кету қаупiн азайту үшiн нейрожелiлер мен компьютерлiк көрудi қолданатын, арнайы инелердiң көмегiмен миға орнатылатын қалыңдығы (4 − 6) микрондық арнайы «жiптер» болып табылады. Компания президентi жарымжан адамдар дәл осы чиптi қолданып, өздерiнiң компьютерiнде немесе смартфонында жай сөздi ойлап қана минутына қырық сөзге дейiн жаза алатынына сенеді. Осындай технологиялардың тек смартфондарды ғана емес протездердi де қарапайым ойдың күшiмен толыққанды басқара алуына аз қалды.

Қорытынды

Медицина мен робототехниканың интеграциясы айналамыздағы әлемдi жаңаша инклюзивтi ете отырып, мүгедектер мен физикалық тұрғыда сау адамдардың арасындағы шекараны барлық мағынада жоятынын сенiммен айтуға болады. Себебi, дәл осы медицинамен тығыз байланыстағы роботехника киберпротездер, экзоқаңқалар, жасанды ағзалар, нейрокомпьютерлiк интерфейстер мен көптеген басқа да технологияларды дайындау саласының негiзi бола отырып, «ерекше» адамдардың өмiрiн түбегейлi өзгертедi. Осы себептен де қазiрдiң өзiнде алдыңғы қатарлы IT-компаниялар мен мамандардың ерекше назары биомехатроникада, ал инженерробототехниктар болса өзгелердiң өмiрiн жақсарта отырып, өздерiнiң бейімділігін осы саладан таба алады.

Сонымен, инклюзивтi робототехника туралы осы мақаламен бiз «Робототехника ғажабы» циклiн аяқтаймыз. Бiз робототехниканың адамзатқа беретiн шексiз мүмкiндiктерi туралы, робот жасаудың ойластырудан бастап, жобалауға дейiнгi кезеңдерi мен робототехникадан өтетiн олимпиадалар туралы айттық. Сiз, бiздiң қымбатты оқырман, робототехниканың қандай кең әрi көпқырлы екенiн түсiнсiн деген оймен қарапайым, бiрақ пайдалы роботты қалай жасау керектiгiн көрсеттiк.

Бiз осындай жас, бiрақ әдемi де ғажап ғылымның есiгiн сiз өзiңiз айқара ашарсыз деген үмiтпен ғажайып робототехника құпияларының үлкен әлемiнiң тек кiшкентай бөлiгi жайлы ғана сөз қозғадық.

«Beyond Curriculum» қоры «Пән ғажабы неде» циклы материалдарын «Караван знаний» жобасымен серіктестікте және «Шеврон» компаниясының қолдауымен жариялауда. «Караван знаний» – жетекші қазақстандық және халықаралық сарапшылардың қатысуымен орындалған алдыңғы қатарлы білім тәжірибелерін зерттеу мен талқылау бойынша бастама.

Аударған: Талғатқызы Арайлым

Редактор: Дильназ Жемісбек