นักวิจัยจาก University of Utah ร่วมกับ Ottobock ผู้ผลิตขาเทียมรายใหญ่ที่สุดของโลก พัฒนาขาเทียมแบบใหม่ Utah Bionic Leg ที่มาพร้อมปัญญาประดิษฐ์ในตัว ช่วยให้มันสามารถปรับการทำงานให้เหมาะสมกับการเคลื่อนไหวร่างกายของผู้ใช้ได้

ตัว Utah Bionic Leg มีมอเตอร์ไฟฟ้า, ชิปประมวลผล และระบบปัญญาประดิษฐ์ในตัวซึ่งจะเรียนรู้วิธีการเคลื่อนไหวของผู้ใช้และปรับการทำงานของตัวมันเองให้สอดคล้อง หากผู้ใช้เดินเร็วขึ้น มันจะเคลื่อนไหวข้อต่อจุดหมุนต่างๆ ให้เร็วขึ้นตามจังหวะการเดินทั้งยังช่วยเสริมแรงในจังหวะก้าวเดินให้ผู้ใช้ด้วย คล้ายกับการเดินของคนที่ขาปกติที่มีการออกแรงส่งจากกล้ามเนื้อขาและเท้าในระหว่างการเดิน

ต้นแบบ Utah Bionic Leg

การพัฒนา Utah Bionic Leg ในช่วงแรกนั้นมีการใส่ชุดขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้าแยกเป็น 2 ข้อต่อ อันได้แก่ ข้อต่อส่วนหัวเข่า และข้อต่อส่วนข้อเท้า โดยทั้ง 3 ส่วนได้รับการควบคุมจากชิปประมวลผล ระบบการทำงานจะอ่านการเคลื่อนไหวร่างกายของผู้ใช้โดยอาศัยข้อมูลจากเซ็นเซอร์วัดแรงกระทำ, แรงบิด, อัตราเร่ง และไจโรสโคปที่ทำหน้าที่ตรวจจับการหันทิศทาง ข้อมูลจากเซ็นเซอร์เหล่านี้จะอ่านค่าแบบเรียลไทม์และส่งให้หน่วยประมวลผลวิเคราะห์ว่าควรสั่งการทำงานของชุดขับเคลื่อนอย่างไรเพื่อให้การเคลื่อนไหวของผู้ใช้ออกมาดีที่สุด ก่อนที่ต่อมาในภายหลังทีมพัฒนาได้เพิ่มชุดขับเคลื่อนตรงตำแหน่งข้อต่อนิ้วเท้าเพิ่มเข้าไปอีกหนึ่งจุด

Utah Bionic Leg เวอร์ชั่นปัจจุบัน 3 ข้อต่อ วางเทียบกับต้นแบบรุ่นก่อนหน้าที่วางอยู่ด้านหลัง

เพื่อให้ Utah Bionic Leg สามารถเข้าใจได้ว่าผู้ใช้กำลังต้องการเคลื่อนไหวร่างกายอย่างไร ทีมพัฒนาจึงเก็บข้อมูลโดยให้ผู้ใช้ทดลองเคลื่อนไหวด้วยอากัปกิริยาต่างๆ เช่น การลุกขึ้นยืน, การนั่ง, การย่อตัว, การเดิน, การหมุนตัวเปลี่ยนทิศทางการเดิน, การเดินขึ้น-ลงบันได เพื่อให้รู้ว่าควรกำหนดการทำงานของมอเตอร์ข้อต่อส่วนต่างๆ อย่างไรให้ได้ผลลัพธ์ใกล้เคียงธรรมชาติการขยับขาของคน

การทดสอบระบบของ Utah Bionic Leg โดยให้อาสาสมัครเคลื่อนตัวและเดินไปมาตามรูปแบบการเคลื่อนไหวที่กำหนด

ข้อมูลที่ได้จากการให้อาสาสมัครใช้ขาเทียมเดินขึ้นบันไดที่มีความสูงลูกขั้นแตกต่างกัน โดยมีรูปแบบการเดิน 3 แบบ

ด้วยพลังของปัญญาประดิษฐ์ที่เรียนรู้รูปแบบการเคลื่อนไหวของคนดีขึ้นแล้ว ทำให้ในขณะใช้งานจริงหากผู้ใช้ต้องเดินข้ามสิ่งกีดขวางที่ต้องยกเท้าสูง Utah Bionic Leg ก็จะขยับข้อต่อบริเวณช่วงเข่าและข้อเท้าเพื่อให้ผู้ใช้สามารถก้าวข้ามสิ่งกีดขวางได้ง่ายขึ้น ไม่เพียงเท่านั้นในขณะที่ผู้ใช้ก้าวเดินขึ้นหรือลงขั้นบันไดที่มีความสูงของลูกขั้นแตกต่างกันในแต่ละครั้ง หรือในขณะเดินขึ้น-ลงเนินที่มีความลาดชันแตกต่างกัน ตัว Utah Bionic Leg ก็สามารถปรับการทำงานของมันให้เหมาะสมกับความสูงของขั้นบันไดหรือความชันของเนินได้

Utah Bionic Leg มีน้ำหนักรวมประมาณ 2.7 กิโลกรัม มีระบบส่งข้อมูลที่เซ็นเซอร์ต่างๆ อ่านค่าได้ไปยังระบบเก็บข้อมูลด้วยการส่งข้อมูลแบบไร้สาย

และด้วยความร่วมมือจาก Ottobock ที่สนับสนุนเงินทุนในการวิจัยและพัฒนา Utah Bionic Leg จึงคาดว่าเราอาจได้เห็นผลงานพัฒนาของ University of Utah กลายมาเป็นผลิตภัณฑ์ออกจำหน่ายจริงในอนาคตอันใกล้

ที่มา - @THEU ผ่าน Interesting Engineering