اختراع نوعی دستگاه (اسکلت خارجی) توسط دانشجویان دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر

رضوان نصیری و ارژنگ احمدی، دانشجویان دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تهران با هدایت استاد خود، دکتر مجید نیلی احمدآبادی، موفق به اختراع وسیله‌ای شده‌اند که دوندگان با پوشیدن آن می‌توانند راحت‌تر بدوند.
نیویورک تایمز در گزارشی در این باره می‌نویسد: این وسیله ابداعی می‌تواند به عنوان یک وسیله کمکی سرعت دوندگانی را که نمی‌توانند پا به پای حریفان تمرینی خود بدوند یا کسانی که دویدن را دشوار تصور می‌کنند، به شکل غیر قابل انتظاری افزایش دهد.
این وسیله به عنوان نوعی پوشش سبک‌وزن که دور کمر و ران‌ها بسته می‌شود، می‌تواند کارایی دویدن فرد را حداقل ۸ درصد افزایش دهد و باعث شود که دویدن راحت‌تر احساس شود.

پژوهش‌های اخیر محققان در جهان بر انواع مختلف وسیله‌ای تمرکز دارند که آنها را «اسکلت‌های خارجی» (exoskeletons) می‌نامند. برخی از این ابزارها از باتری یا سایر منابع انرژی برای فراهم کردن قدرت بیشتر استفاده می‌کنند تا ضعف موجود در بدن شخص را برطرف سازند. برخی دیگر به جای افزایش قدرت کاربران صرفاً از هدر رفت انرژی جلوگیری می‌کنند و بنابراین عملکرد بدن را بهینه می‌کنند.
رضوان نصیری دانشجوی دوره تحصیلات تکمیلی دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تهران، هنگام تمرین دو برای کنترل وزن، بر گام‌های خود متمرکز شد و دریافت که بعد از هر بار برخورد پا بر زمین بخشی از انرژی از دست را می‌رود. این مسئله برای او عجیب نبود. مدت‌هاست که متخصصان بیومکانیک دریافته‌اند که در هنگام دویدن بخشی از انرژی در عضلات ذخیره شده و بخشی به هدر می‌رود. اما نصیری به این فکر افتاد که آیا می‌توان مقداری از این انرژی هدر رفته را مهار کرد. از نظر او اگر چنین چیزی ممکن باشد، باید قبل از هدر رفت انرژی در لحظه برخورد با زمین بخشی از آن به پای دیگر تزریق شود. از طرف دیگر به دلیل اهمیت بالای مفصل ران در هنگام دویدن این انتقال انرژی باید در مفصل ران انجام شود.

او آن روز تمرینش را انجام داد و روز بعد به آزمایشگاه دانشکده بازگشت و به کمک سایر دانشجویان آزمایشگاه سیستم‌های شناختی و استادش کار بر روی این طرح را آغاز کرد. آنان اساساً امیدوار بودند که عضلات مفاصل ران دونده را به گونه‌ای به یکدیگر مرتبط کنند که وقتی یک پا حرکت رو به جلو را انجام می‌دهد و به عقب برمی‌گردد، بتواند انرژی ایجاد شده را به پای دیگری که رو به جلو حرکت می‌کند، منتقل کند، چیزی که به طور طبیعی امکان آن وجود ندارد. این حالت باعث کاهش فشار به عضلات لگن خواهد شد و در نتیجه هنگام دویدن انرژی کمتری مصرف می‌شود. این پژوهشگران برای پیاده سازی این طرح ساختارهای متفاوتی را یک به یک امتحان کردند و سرانجام وسیله‌ای سبک ساختند که شامل یک کمربند و دو بند است که دور کمر و دور ران‌ها بسته می‌شوند. این وسیله یک حلقه فلزی هم دارد که به صورت قوسی در پشت فرد قرار می‌گیرد که مانند یک انتقال دهنده انرژی عمل می‌کند و انرژی را از یک مفصل ران گرفته و آن را به قسمت دیگری منتقل می‌کند.
نصیری و همکارانش زیر نظر دکتر مجید نیلی احمدآبادی، رئیس دانشکده، ابتدا این وسیله را روی یک مدل رباتیکی در محیط شبیه‌سازی آزمودند و نتایج جذابی به دست آوردند و در نهایت روی ۱۰ مرد دونده آن را آزمایش کردند. آنان از دونده‌ها خواستند که به مدت ۱۰ دقیقه روی تردمیل با سرعت ثابت در حدود ۲/۵ متر بر ثانیه با وسیله بدوند. و در طول این زمان‌ها، محققان انرژی مصرفی را اندازه‌گیری می‌کردند.

آنان دریافتند که با این وسیله کارایی دوندگان بیشتر می‌شود و هدر رفتن انرژی را حدود ۸ درصد کاهش می‌دهد. در نتیجه افراد با بستن این وسیله، می‌توانند طولانی‌تر، تندتر و راحت‌تر بدوند.
گزارش نیویورک تایمز حاکی از آن است که این اختراع علاقه و کنجکاوی سایر متخصصان را برانگیخته است به طوری که راجر کرام، استاد پیشکسوت بیومکانیک در دانشگاه کلرادو درباره این وسیله می‌گوید: «این وسیله، زیبایی خاصی دارد. وسیله‌ای ساده و زیبا که هوشمندانه این امکان را برای افراد فراهم می‌کند تا از نیروی عضلانی خود با بهینگی بیشتر استفاده کنند».

پژوهشگران دانشگاه تهران همچنان بر روی این وسیله کار می‌کنند تا ظاهر جذاب‌تر و کارایی بیشتری داشته باشد. هم‌اکنون برخی از شرکت‌های بین‌المللی علاقه‌مندی خود را برای صنعتی‌سازی این وسیله اعلام کرده‌اند.
مقاله ( Reducing the Energy Cost of Human Running Using an Unpowered Exoskeleton ) مربوط به این اختراع در IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering منتشر شده است.