چگونه یک اسکلت بیرونی طراحی کنیم؟

یک اسکلت بیرونی باید سبک، جمع و جور، قدرتمند، قابل اعتماد و با قابلیت کاربری آسان باشد. هر کدام از توسعه‌دهندگان و شرکت‌های سازنده اسکلت‌های بیرونی در سراسر جهان، در یکی یا تعدادی از ویژگی‌های بیان شده به درجه‌ای از موفقیت رسیده‌اند. در ادامه با جنبه‌های متنوع طراحی یک اسکلت بیرونی بیشتر آشنا می‌شویم.

مکانیک

طراحی و تقلید از راه رفتن انسان با کمک سامانه‌های مکاترونیک، چالش بزرگی برای مهندسان مکانیک و مکاترونیک به شمار می‌آید. ساختار و اسکلتی که پشتیبان بدن کاربر است باید تا حد امکان سبک باشد. از سوی دیگر، این ساختار باید قابل اعتماد و مقاوم باشد. هر کیلوگرم اضافی از وزن اسکلت بیرونی بر سامانه درایو دستگاه تأثیر دارد. بنابراین، از مواد کربنی برای ساخت اسکلت بیرونی استفاده می‌شود. افزون براین، عرض دستگاه باید به اندازه‌ای باشد که کاربر بتواند به راحتی و بدون مشکل از چارچوب‌ها و درب ورودی عبور کند.

سامانه درایو

سامانه‌ی‌ درایو، شامل موتور و چرخ‌دنده، باید گشتاور بالایی فراهم کند چون نیروهای بزرگی حین استفاده از دستگاه به ویژه زمان بالا و پایین رفتن از پله‌ها موردنیاز است. از سوی دیگر، به دینامیک و پویایی به ویژه هنگام تغییر جهت راه رفتن نیاز است. ویژگی نهایی، فشرده بودن طراحی دستگاه است به گونه‌ای که فضای کمی را اشغال کند.

رابط کاربری

حرکت دستگاه باید به طور کامل تحت کنترل کاربر باشد. بنابراین، کنترل‌های حرکتی باید از نظر بصری از طراحی ساده‌‌ای برخوردار باشند و همچنین به آسانی قابل دسترسی باشند. از سوی دیگر، برای اینکه دستگاه به پوست کاربر آسیب وارد نکند، طراحی دستگاه باید برای پاها و بدن هر کاربر به صورت جداگانه تنظیم شود.

عملکرد دستگاه بر اساس تجربه کاربر

به طور حتم، مهم‌ترین نکته‌ی طراحی اسکلت بیرونی، چگونگی عملکرد آن در عمل است. عملکرد اسکلت بیرونی در عمل در مرحله‌ی نخست به کاربر بستگی دارد که به دستگاه عادت کند. همچنین کاربر باید چگونگی استفاده از دستگاه را برای دستیابی به بهترین بازدهی یاد بگیرد. برخی از افراد به قدرت و برخی به تکنیک تکیه می‌کنند. در هر دو حالت، کاربر به آموزش بسیاری نیاز دارد.

درجه آزادی

اسکلت بیرونی چند درجه‌ی آزادی باید داشته باشد؟ این یک پرسش پیچیده است. برخی از طراحان و توسعه‌دهندگان اسکلت بیرونی، دو درجه‌‌ی آزادی را برای هر پا انتخاب می‌کنند. بنابراین تنها ناحیه‌ی لگن و زانوها حرکت می‌کنند. از مزایای دو درجه‌ آزادی می‌توان به سبک بودن، سامانه‌ی درایو ساده‌تر و خطای کمتر اشاره کرد.

با سه یا چهار درجه آزادی، حرکت‌های جانبی یا حرکت مچ پا را در اسکلت بیرونی خواهیم داشت. در این حالت، کاربر آزادی حرکت بیشتری دارد. همچنین پایداری و ثبات دستگاه در سطوح ناهموار افزایش می‌یابد. هرچه درجه‌ آزادی بیشتر باشد، پیچیدگی سامانه و وزن دستگاه افزایش می‌یابد. طول عمر باتری نیز با مصرف انرژی بیشتر کاهش پیدا می‌کند.

نرم‌افزار

حرکات اسکلت بیرونی باید با توجه به قصد کاربر کنترل شود و ایمنی کاربر در هر صورت حفظ شود. تنها با به کارگیری یک ساختار نرم‌افزاری مناسب، طراحی دستگاه امکان‌پذیر است.