ทีมวิศวกรของ MIT และมหาวิทยาลัยเซี่ยงไฮ้เจียวทง ได้พัฒนา แขนเทียมเป่าลม ที่มีลักษณะนุ่ม น้ำหนักเบา ซี่งขยับและใช้งานในชีวิตประจำวันได้ ตั้งแต่ ยกของเบา ๆ รูดซิป หรือเล่นกับสัตว์เลี้ยง ด้วยต้นทุน 500 ดอลลาร์ หรือประมาณ 15,000 บาท ซึ่งเป็นราคาที่พอจะจับต้องได้ เมื่อเทียบกับแขนเทียมเชิงพาณิชย์ในปัจจุบัน
แขนเทียมราคาจับต้องได้
ปัจจุบัน มีผู้พิการที่สูญเสียแขนหรือขา และต้องใช้อุปกรณ์ช่วยกว่า 5 ล้านคนทั่วโลก
แม้จะมีแขนเทียมคุณภาพสูง ที่มาพร้อมกลไกการเคลื่อนไหวที่ละเอียด สามารถตรวจจับสัญญาณกล้ามเนื้อของผู้ใช้ผ่านการเชื่อมต่อกับเส้นประสาท เพื่อขยับได้ตามความต้องการแล้ว
แต่ปัญหาคือแขนเหล่านี้ มีน้ำหนักมาก และอาจราคาสูงระดับหลายหมื่นดอลลาร์
ใช้งานได้จริงด้วยหลักการปั๊มลม
เพื่อแก้ปัญหานี้ ทีมวิศวกรของทั้งสองสถาบันได้ออกแบบแขนเทียม จาก อีลาสโตเมอร์ (โพลิเมอร์ที่มีคุณสมบัติยืดหยุ่น) คล้ายหุ่นยนต์เป่าลมในแอนิเมชั่น ‘Big Hero 6’
ตัวแขนเทียมประกอบด้วยนิ้วทั้งห้า ซึ่งมีลักษณะคล้ายลูกโป่งที่เป่าลม ภายในของแต่ละนิ้วฝังไว้ด้วยเส้นใย คล้ายกับกระดูกปล้องในนิ้วจริง ทั้งห้านิ้วจะเชื่อมต่อกับฝ่ามือจากเครื่องพิมพ์ 3 มิติ
ในการเคลื่อนไหว แทนที่จะควบคุมแต่ละนิ้วด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าแบบเดียวกับแขนเทียมที่ติดตั้งระบบประสาท
ทีมวิศวกรเลือกใช้ระบบนิวเมติกส์ (การอัดอากาศไปตามท่อที่ต่อกับชิ้นส่วนของเครื่องจักร ให้เกิดพลังงานกล แบบกระบอกสูบลม) โดยจะมีปั๊มลมและวาล์วขนาดเล็กสำหรับสวมที่เอวเป็นตัวอัดอากาศ เพื่อให้นิ้วขยายและงอตามตำแหน่ง ตามลักษณะการใช้งาน
ในการสั่งงานให้นิ้วขยับตามรูปแบบใช้งาน เช่นถือแก้ว จับวัตถุ ฯลฯ
เซนเซอร์ EMG ที่ติดตั้งในแขนเทียม จะเปลี่ยนคำสั่งจากเซลล์ประสาทตามความคิดของผู้ใช้งาน ให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า และส่งสัญญาไปยังระบบนิวเมติกส์ เพื่อขยับนิ้วทั้งห้าผ่านแรงดันจากปั๊มลม ให้เป็นรูปทรงตามต้องการ
รูปทรงของมือและนิ้วสำหรับใช้งานต่าง ๆ จะถูกวางไว้ตามแบบจำลองจากคอมพิวเตอร์ ที่ถอดรหัสโดยอัลกอริทึม
เช่น เมื่อผู้ใช้คิดจะถือแก้วไวน์ที่มีบอบบาง เซนเซอร์ EMG ก็จะรับสัญญาณและปรับระดับแรงลมให้เหมาะสม
ถึงหลักการของแขนเทียมนี้ จะไม่ซับซ้อนเหมือนแขนเทียมเชิงพาณิชย์ทั่วไป แต่ทีมวิศวกรก็เพิ่มในสิ่งที่แขนเทียมเหล่านั้นไม่มี คือการติดเซนเซอร์ความดันไว้ที่ปลายนิ้ว ที่จะส่งสัญญาณไฟฟ้ากลับไปยังแขนท่อนบนของผู้ใช้งาน เมื่อมีการสัมผัส เพื่อให้ผู้ใช้งาน “รู้สึก” ได้
อนาคตเพื่อผู้พิการทั่วไป
ในเอกสารที่ตีพิมพ์ใน Nature Biomedical Engineering สรุปว่าแขนกลนี้นอกจากจะใช้งานได้จริงแบบเรียลไทม์แล้ว ยังช่วยให้ผู้ใช้งานรู้สึกได้ เมื่อสัมผัสวัตถุ
พร้อมกันนี้ ก็ได้มีการจดสิทธิบัตรการออกแบบผ่าน MIT แล้ว จ้าว ซวนเหอ ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลของ MIT มองว่าแม้ปัจจุบัน จะยังไม่มีการผลิตแขนเทียมนี้เป็นผลิตภัณฑ์ แต่การออกแบบนี้ก็มีศักยภาพสูงที่จะต่อไปยอดสู่การพัฒนาแขนเทียม ราคาประหยัด เพื่อให้ผู้พิการทั่วไปสามารถใช้ชีวิตแบบคนปกติได้
เรียบเรียงจาก
Inflatable robotic hand gives amputees real-time tactile control
AHEAD ASIA นวัตกรรม ล้ำหน้า
