دور الذكاء الاصطناعي في تطوير الأطراف الصناعية الذكية والتحديات التي تواجهها

على مدى السنوات القليلة الماضية، بدأ الذكاء الصناعي والأطراف الصناعية الذكية بتغيير شكل حلول الأطراف الصناعية المبكرة، هذه التقنيات ليست مجرد تقنيات مستقبلية، بل هي أدوات عملية تحسن بالفعل كيفية بدء الناس رحلتهم مع الأطراف الصناعية.

فهم الأطراف الصناعية الذكية المبكرة وتحدياتها

قبل الخوض في تفاصيل هذه التقنية، من المهم فهم ماهية الأطراف الصناعية الذكية المُجهزة مبكرًا وأهميتها البالغة، هذه هي الأطراف الصناعية الأولى التي يتلقاها المرضى بعد الجراحة بفترة وجيزة، بعد التئام الجرح وقبل استقرار الطرف المتبقي تمامًا.

دور الذكاء الصناعي في تحسين حركة الأطراف الصناعية

تخيل طرفًا اصطناعيًا لا يقتصر على محاكاة الحركة فحسب، بل يتعلم ويتكيف ويستجيب كما لو كان امتدادًا طبيعيًا للجسم، هذا هو ما توفره تقنيات الذكاء الصناعي (AI) في مجال الأطراف الصناعية، حيث تحدث ثورة في طريقة عملها، مما يتيح حركات أكثر ذكاءً وسلاسة تتكيف مع احتياجات المستخدم، من الخوارزميات التنبؤية إلى التعلم الآلي، يُحدث الذكاء الصناعي تحولًا جذريًا في مجال الأطراف الصناعية، مما يجعلها أكثر كفاءة ووظائفها أكثر واقعية وإنسانية.

1- المعالجة والتكيف

يعمل الذكاء الاصطناعي على تحسين حركات الأطراف الاصطناعية من خلال معالجة كميات هائلة من البيانات التي يتم جمعها من المستشعرات المدمجة في الجهاز، تقوم هذه المستشعرات بمراقبة إشارات العضلات، وزوايا المفاصل، والظروف الخارجية مثل طبيعة السطح أو درجة الحرارة، يقوم نظام الذكاء الاصطناعي بتحليل هذه البيانات في الوقت الفعلي، مما يسمح بإجراء تعديلات دقيقة لضمان حركة سلسة واستجابة فورية.

2- التعلم والتكيف مع المستخدم

التعلم الآلي، وهو أحد فروع الذكاء الاصطناعي، والقوة الدافعة وراء الأطراف الصناعية الذكية القادرة على التكيف مع احتياجات المستخدمين الفردية، من خلال تحليل الحركات المتكررة، يمكن للطرف الصناعي أن يتعلم أنماط المستخدم ويفهم تفضيلاته الحركية، ومع مرور الوقت، يصبح الجهاز أكثر ذكاءً، حيث يتوقع نوايا المستخدم حتى قبل أن ينفذها.

على سبيل المثال، يمكن للذراع الصناعية المدعومة بالذكاء الاصطناعي التمييز بين الإشارات العضلية الخاصة بإمساك كوب ماء وتلك الخاصة بحمل قلم، مما يسمح بانتقال سلس بين المهام، ليصبح الجهاز امتدادًا طبيعيًا للجسم بدلاً من كونه مجرد أداة مساعدة.

3- تعزيز التوازن وتحسين المشي

في الأطراف الصناعية الذكية السفلية، يلعب الذكاء الاصطناعي دورًا أساسيًا في الحفاظ على التوازن وتحسين نمط المشي، من خلال تحليل كيفية توزيع المستخدم لوزنه وتحركاته على الأسطح المختلفة، يمكن للطرف الاصطناعي إجراء تعديلات دقيقة لضمان الاستقرار.

فعلى سبيل المثال، يتطلب المشي على الشاطئ الرملي نمطًا مختلفًا عن المشي على الرصيف المستوي، يمكن للساق الصناعية الذكية اكتشاف هذه التغيرات وضبط صلابتها أو زاويتها أو طول الخطوة وفقًا لذلك، مما يقلل من التعب ويضمن سلامة المستخدم للطرف الصناعي.

أهمية تركيب الأطراف الصناعية في مرحلة مبكرة

يلعب تركيب الطرف الصناعي في مرحلة مبكرة دورًا أساسيًا في عملية التعافي، فهو يساعد على:

• تقليل التورم
• تحسين الدورة الدموية
• منع تصلب المفاصل
• سمح للمريض بالبدء بالوقوف والحركة
• يحمي قوة العضلات وتوازنها

الصعوبات في تركيب الأجهزة المبكرة

من أكبر التحديات التي تواجه الأطراف الصناعية الذكية المُجهزة مبكرًا هو استمرار تغير شكل الطرف، قد يتزايد التورم وينخفض، وقد يكون الجلد حساسًا، كما أن شكل الطرف المتبقي لا يكون الشكل النهائي، لذلك تحتاج تجاويف الطرف إلى التعديل مع استمرار الشفاء، هذا يجعل من الصعي تصميم تجويف محكم ومناسب في آنٍ واحد.

قد يُسبب التضييق الشديد ألمًا أو إصابة، كما قد يُسبب التضييق الشديد عدم الثبات ويزيد من خطر عدم التوازن، لذلك يعد الحصول على المقاس المناسب توازنًا دقيقًا يتطلب عنايةً مستمرة، وهنا يكمن دور التكنولوجيا الذكية في إحداث فرق حقيقي في تصميم الأطراف الصناعية.

التكنولوجيا وراء الأطراف الصناعية الذكية

تعتمد الأطراف الصناعية الذكية على مزيج من المكونات المادية والبرمجيات للعمل بكفاءة، تعمل المستشعرات، والمحركات، والمعالجات معًا لجمع البيانات وتحليلها وتنفيذ الحركات الدقيقة.

الخوارزميات المتقدمة

تعمل خوارزميات الذكاء الاصطناعي على تحويل البيانات الأولية من المستشعرات إلى رؤى قابلة للتنفيذ، على سبيل المثال، يمكن لنموذج التعلم الآلي تحليل آلاف الخطوات لتحديد كيفية تغير مشية المستخدم عند التحرك صعودًا مقابل النزول، يستخدم الخوارزمية هذه المعرفة لضبط حركة الطرف الاصطناعي تلقائيًا، مما يضمن تجربة أكثر سلاسة.

يجب على الشركات التي تطور الأطراف الصناعية الذكية إعطاء الأولوية لدقة وكفاءة الخوارزميات، يمكن أن يساعد التعاون مع علماء البيانات ومهندسي البرمجيات في تحسين هذه الأنظمة، مما يضمن أداءً موثوقًا به في مختلف الظروف.

دمج المستشعرات

تعد المستشعرات حجر الأساس في الأطراف الاصطناعية المدعومة بالذكاء الاصطناعي، حيث تجمع البيانات اللازمة لتمكين النظام من التعلم والتفاعل.

تشمل هذه المستشعرات:

• مستشعرات كهربية عضلية (Myoelectric Sensors): تلتقط الإشارات الكهربائية الصادرة عن العضلات.
• مستشعرات التوازن (Gyroscopes): تقيس الاستقرار وتساعد في ضبط الحركة.
• مستشعرات الضغط: تراقب توزيع الوزن لضمان المشي الطبيعي.

يتم إرسال البيانات التي تجمعها هذه المستشعرات إلى معالج مدمج في الطرف الاصطناعي، حيث تقوم خوارزميات الذكاء الاصطناعي بتحليلها في الوقت الفعلي، يسمح ذلك للجهاز بالاستجابة الفورية لأي تغييرات في حركة المستخدم أو البيئة المحيطة، مما يوفر تجربة استخدام أكثر سلاسة وفعالية.

كيف يغير الذكاء الصناعي التصميم المبكر للأطراف الصناعية

يُضفي الذكاء الصناعي السرعة والدقة والقدرة على التنبؤ على عملية تصميم الأطراف الصناعية، فهو يسهل مطابقة التصميم المناسب للطرف الصناعي للشخص المناسب بشكل أسرع وأكثر دقة من أي وقت مضى ويتم ذلك من خلال:

1- تصميم مقبس مدعوم بالذكاء الصناعي

في تصميم المقابس التقليدية، يستخدم فني الأطراف الصناعية القياسات والقوالب لتصميم قالب أكثر ملاءمة، لكن مع الأطراف الصناعية الذكية، أصبح بإمكاننا الآن مسح الطرف رقميًا وإدخال هذه البيانات في برنامج نمذجة متقدم، يتنبأ هذا البرنامج بكيفية تغير الطرف بمرور الوقت، ويقترح أشكال مقابس قابلة للتكيف معها.

2- التنبؤ بتغيرات حجم الأطراف

من أصعب مراحل التركيب المبكر التغير المستمر في حجم الطرف، قد ينكمش الطرف أو يتحرك أسبوعيًا، يستطيع الذكاء الصناعي الآن تتبع هذه التغيرات باستخدام بيانات من أجهزة الاستشعار ومدخلات المستخدم، بل وحتى التنبؤ بالتغيرات المستقبلية.

3- مطابقة المكونات المناسبة لكل مستخدم

لا يقتصر دور الذكاء الصناعي على تصميم المقبس فحسب ، بل يساعد أيضًا في اختيار القدم أو الركبة المناسبة لكل مستخدم، بناءً على أنماط المشي والقوة والعمر والأهداف، يمكن للذكاء الصناعي اقتراح مجموعات من الأطراف الصناعية التي تُوفر أفضل توازن بين الدعم والمرونة، هذا يحسن من نجاح المحاولة الأولى، ويساعد المستخدم على التحرك أسرع وبتغييرات أقل، كما يقلل من وقت التجربة ويسرع الانتقال إلى نمط مشي أكثر ثباتًا.

مستقبل الأطراف الصناعية الذكية

لا يقتصر مستقبل الأطراف الصناعية الذكية على الأجهزة نفسها، بل يمتد إلى بناء أنظمة متكاملة تعزز تجربة المستخدم من خلال دمج الأطراف الاصطناعية مع تقنيات مكملة.

على سبيل المثال، يمكن أن تعمل تطبيقات الهواتف المحمولة كأدوات مساعدة، مما يسمح للمستخدمين بمراقبة أداء أطرافهم الاصطناعية، وضبط الإعدادات، والوصول إلى دروس تعليمية أو أدلة لحل المشكلات، يمكن لهذه التطبيقات أيضًا جمع بيانات قيمة للشركات، مما يوفر رؤى حول كيفية تفاعل المستخدمين مع أجهزتهم وتحديد مجالات التحسين.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تعزز الأجهزة القابلة للارتداء، مثل الساعات الذكية أو أجهزة تتبع اللياقة البدنية، فمن خلال المزامنة مع الأطراف الاصطناعية المدعومة بالذكاء الاصطناعي، يمكن لهذه الأجهزة تقديم تغذية راجعة لحظية حول مستوى النشاط، ووضعية الجسم، والمشية، مما يساعد المستخدمين على اتخاذ قرارات مدروسة بشأن صحتهم وتنقلهم.

توسيع نطاق الوصول من خلال خفض التكاليف

على الرغم من أن الأطراف الصناعية الذكية توفر وظائف متقدمة، إلا أنها غالبًا ما تأتي بتكاليف إنتاج مرتفعة، ولجعل هذه الأجهزة متاحة لشريحة أوسع من المستخدمين، يجب على الشركات تبني تقنيات تصنيع فعالة من حيث التكلفة واستكشاف مواد بديلة.

يمكن أن تلعب تقنيات مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد دورًا محوريًا في تقليل نفقات الإنتاج، من خلال الاستفادة من التصنيع الإضافي، يمكن للشركات إنتاج مكونات الأطراف الاصطناعية المعقدة بسرعة وبتكلفة أقل، وعند دمج هذه المكونات مع الذكاء الاصطناعي، فإنها توفر نفس مستوى الأداء العالي الذي تقدمه الأجزاء المصنعة تقليديًا.

​في الختام، يمثل دمج الذكاء الاصطناعي في تصميم الأطراف الصناعية خطوة ثورية نحو تحسين جودة حياة المستخدمين، مما يوفر لهم حركات أكثر طبيعية وتجربة استخدام متقدمة، في هذا السياق، يبرز مركز HSI كقائد في مجال الهندسة الطبية وحلول الرعاية الصحية حيث يقدم دورات تدريبية متخصصة واستشارات مهنية تهدف إلى تمكين المهنيين والمؤسسات من تقديم مساهمات مؤثرة في صناعة الرعاية الصحية.

المصدر: How AI and Smart Prosthetics Are Improving Early Fit Prosthetic Solutions