מה אם רובוט היה יכול להראות לנו איך המוח שומר אותנו מאוזנים? מדעני UBC בנו אחד – והתגלית שלהם יכולה לעזור לעצב דרכים חדשות להפחתת הסיכון לנפילה עבור מיליוני אנשים.
רובוט "החלפת גוף" מתנשא שנבנה על ידי חוקרי אוניברסיטת קולומביה הבריטית נותן למדענים מבט חסר תקדים כיצד המוח מחזיק אותנו בעמידה – מיומנות שאנו בקושי שמים לב אליו עד שנפגע מגיל או מחלה.
הממצאים שלהם, שפורסמו היום ב מדע רובוטיקה עם משתפי פעולה במרפאה הרפואית של ארסמוס, מגלים שכדי להישאר מאוזן, המוח מטפל בעיכובים במשוב חושי כמעט באותו אופן שבו הוא מטפל בשינויים במכניקת הגוף. במילים אחרות, כשזה מגיע לאיזון, נראה שתחושת המרחב והזמן שלנו פועלת מאותו ספר משחק.
מה שמרגש הוא שזה פותח את הדלת ליישומים מעשיים חדשים. אם נבין איך המוח מתמודד עם עיכובים ושינויים מכניים, נוכל לעצב מכשירי עזר או אסטרטגיות גמילה למבוגרים ואפילו לבנות רובוטים שנעים יותר כמונו".
ד"ר ז'אן-סבסטיאן בלואן, סופר בכיר ופרופסור בבית הספר לקינסיולוגיה של UBC
הפיזיקה של החלפת גוף
עמידה זקופה היא אחת העבודות המורכבות ביותר של המוח. בכל שנייה הוא מתאם אותות מהעיניים, האוזניים הפנימיות וכפות הרגליים כדי להעריך, לחזות ולתקן תנועות כנגד כוח הכבידה.
אפילו אצל מבוגרים בריאים, אותות שיווי משקל אינם מגיעים מיד. יש פיגור טבעי כאשר המידע עובר למוח ובחזרה לשרירים. הזדקנות או מצבים כמו נוירופתיה סוכרתית וטרשת נפוצה עלולים להחמיר את העיכובים הללו, מה שהופך את הסבירות לנפילות.
"דמיין לעצמך הגה של מכונית כשהגלגל מגיב באיחור של חצי שנייה", אמר ד"ר בלווין.
ללמוד איך המוח מתמודד עם העיכובים האלה היה כמעט בלתי אפשרי – אתה לא יכול בקלות להאט אותות עצבים או לשנות את מכניקת הגוף של מישהו בזמן שהוא עומד.
אבל הפלטפורמה הרובוטית של UBC יכולה, באמצעות טריק חכם של פיזיקה לשנות את הרגשת הגוף שלך.
המשתתפים עומדים על לוחות כוח המחוברים ללוח גב המונע על ידי מנועים בעלי דיוק גבוה. המערכת משחזרת את הכוחות העיקריים השולטים בעמידה זקופה: משיכת כוח הכבידה מטה, התנגדות לאינרציה לתנועה וצמיגות, השפעת השיכוך של שרירים ומפרקים שעוצרים רזון מלהפוך לנפילה, למשל.
בזמן אמת, הרובוט מכוונן את הכוחות הללו. הגברת האינרציה גורמת לגוף להרגיש כבד יותר; צמיגות גבוהה יותר פועלת כמו בלם, בעוד שצמיגות שלילית עושה את ההפך, כמו מישהו שנותן לך דחיפה כך שאתה נופל מהר יותר בכיוון שאתה נע.
הרובוט יכול גם להוסיף השהייה קצרה – כ-200 אלפיות שניות, בערך הרף עין – על ידי החזקת גופך קצרה בשקט לאחר שתנסה לזוז. ההשהיה הזו גורמת לתגובה שלך להרגיש מאוחרת, בדיוק כמו כשאותות עצביים מואטים, כך שתיקוני שיווי המשקל שלך מגיעים אחרי שאתה מצפה להם.
"הרובוט מאפשר לנו לשכתב את הכללים שהגוף שלך משחק לפיהם בדרך כלל", אמר ד"ר בלווין. "בתוך רגע, אתה נע תחת מערכת אחרת לגמרי של חוקים פיזיקליים – כמעט כמו להיכנס לגוף אחר."
שלושה מבחנים, ממצא אחד גדול
הצוות ערך שלושה ניסויים.
ראשית, הם הציגו עיכוב וצפו ב-20 משתתפים מתנודדים בצורה דרמטית, ולעתים קרובות חורגים מהגבולות הווירטואליים של המערכת, או מהנקודה שבה הם היו נופלים בחיים האמיתיים.
לאחר מכן, הם בדקו האם שינוי תכונות הגוף יכול לחקות את אותה השפעה. הורדת האינרציה או הפעלת צמיגות שלילית הפכו את המשתתפים לבלתי יציבים באותה מידה, ורבים אמרו זאת לֶבֶד בדומה לאיזון עם ההשהיה-עדויות שהמוח מפרש את המרחב והזמן בדרכים חופפות.
לבסוף, הם הפכו את הבעיה: האם התאמת מכניקת הגוף יכולה לעזור לפצות על עיכובים? הם הביאו עשרה משתתפים חדשים שמעולם לא התנסו במכונה, וגרמו להם לעיכוב. כאשר הרובוט הגביר את האינרציה והצמיגות, המשתתפים חזרו באופן אינסטינקטיבי לשליטה. השליטה שלהם ירדה ב-80 אחוזים ורובם לא נפלו.
"הופתענו מכך שהוספת אינרציה וצמיגות יכולה לבטל חלקית את חוסר היציבות הנגרמת ממשוב מאוחר", אמר הסופר הראשי פול בלזנר, סטודנט לתואר שני בקינסיולוגיה לשעבר של UBC.
מה זה אומר למניעת נפילות
נפילות הן אחד הסיכונים הבריאותיים החמורים ביותר עבור מבוגרים, לעתים קרובות גוזלים מאנשים את עצמאותם ועולים למערכת הבריאות של קנדה יותר מ-5 מיליארד דולר בכל שנה.
כאשר אותות עצבים איטיים, אין דרך פשוטה להאיץ אותם. "זה מה שהופך את הממצאים שלנו למרגשים כל כך", אמר ד"ר בלווין. "זה מצביע על כך שנוכל לעזור בדרך אחרת – על ידי מתן דחיפה מכנית קטנה לגוף שמקלה על איזון המוח."
כלים עתידיים יכולים לכלול רכיבים לבישים שמוסיפים התנגדות עדינה כשמישהו מתחיל להתנדנד או מאמנים רובוטיים שמלמדים מטופלים להסתגל למשוב איטי יותר. אותן תובנות יכולות אפילו לעזור למהנדסים לעצב רובוטים דמויי אדם יציבים יותר.
הרובוט של UBC יעבור בקרוב לבניין הבריאות החדש של UBC Gateway, שבו חוקרים במרכז המחקר של UBC Balance and Falls, בית הספר לקינסיולוגיה, בית הספר להנדסה ביו-רפואית, והמרכז להזדקנות SMART ישתמשו בו כדי לקדם טכנולוגיות למניעת נפילות ולתמוך בהזדקנות בריאה יותר.
הרובוט הנדס ואושר בבית הספר לקינסיולוגיה של UBC בפקולטה לחינוך במימון מועצת המחקר למדעי הטבע וההנדסה של קנדה וקרן UBC School of Kinesiology Equipment and Research Accelerator.
