الانتشار الهائل لتقنيات تعزيز القدرات البشرية

تحيطنا تقنيات تعزيز القدرات البشرية في كل مكان، وهي قابلة للارتداء والحمل، كما أنها جزء لا يتجزأ من حياتك اليومية لدرجة أنك قد لا تنتبه لها.

هل ترتدي أنت أو أي فرد من عائلتك وأصدقائك نظارات طبية؟ إن حاسة البصر لدينا جميعًا محدودة، وهي تضعف مع التقدم في العمر. وتتيح لنا النظارات الطبية الرؤية لمسافات أبعد وبوضوح أكبر، كما تسمح لنا بملاحظة أشياء لم نكن لندرك وجودها لولا هذه النظارات. فكّر الآن في الهاتف في جيبك (أو ذلك الهاتف الذي تتمنى أن يشتريه لك والداك). بفضل الهواتف، يمكننا التواصل بسرعة مع الأشخاص البعيدين والوصول إلى قدر هائل من المعلومات على الإنترنت. وتعزز كل من النظارات الطبية والهواتف قدراتنا البشرية لتبلغ حدودًا استثنائية. ومع ذلك، فهي عادية ومألوفة تمامًا الآن.

ولكن ماذا عن تعزيز القدرات البدنية؟ تخيّل شيئًا يمكنك أن ترتديه لتحسين قدراتك البدنية فورًا، على سبيل المثال شيء يجعلك أقوى بنسبة 25% أو يضاعف قدرتك على التحمل أو يتيح لك القيام بمهمة شاقة بأمان أكبر ومجهود أقل.

هذا الشيء موجود بالفعل واسمه الهياكل الخارجية. وهي أجهزة قابلة للارتداء تساعد على الحركة أو تدعمها أو تعززها من خلال التفاعلات (القوى) الفيزيائية مع جسم المستخدم. وأفضل جانب هنا أنها متاحة على أرض الواقع ويستخدمها عشرات الآلاف من العمال حول العالم.

على الرغم من أن الهياكل الخارجية ما زالت ابتكارًا جديدًا نسبيًا، فالكثير من الخبراء يتوقعون أنها ستصبح منتشرة على نطاق واسع. ولكنها لا تشبه البدلات الروبوتية الخارقة التي ربما تكون رأيتها على التلفزيون أو في الأفلام. في هذا المقال، سنستكشف العالم الواقعي للهياكل الخارجية. وسنتحدث عن طبيعتها ومجالات استخدامها وكيفية عملها وبعض التحديات التي تواجه مصمميها.

ما هي الهياكل الخارجية المخصصة للعمل؟

هي أجهزة قابلة للارتداء تسهّل المهام البدنية أو تساعد في تحسين الأداء البدني للعامل أو مدى سلامته (الشكل 1). وهذا أمر مهم للغاية لأن إصابات العمل الناتجة عن المجهود البدني المفرط تصيب مئات الآلاف من الأشخاص وتتسبب في تكبّد تكاليف تتجاوز 12 مليار دولار أمريكي (USD) كل عام في الولايات المتحدة وحدها. ويمكن أن تساعد الهياكل الخارجية الأشخاص في رفع الأشياء الثقيلة مع تقليل خطر الإصابة [1]، أو الحفاظ على وضعية صعبة مع الحدّ من إجهاد العضلات، أو أداء مهمة متكررة بجودة أعلى وقدر أقل من التعب. ومن الممكن صنع هذه الهياكل من المعادن أو البلاستيك أو المواد المرنة أو الأقمشة، وتكون في العادة صلبة ولكن هناك خيارات حديثة لينة أيضًا، ومنها مثلاً الهياكل المصنوعة من القماش، والتي نسميها البدلات الخارجية.

ما المجالات التي تُستخدم فيها الهياكل الخارجية ولماذا؟

إن العمال الذين يقومون بمهام فوق مستوى الرأس مثل طلاء الأسقف أو إصلاح الأسلاك الكهربائية في الأعلى، يمكنهم استخدام الهياكل الخارجية للذراع (تُسمى أيضًا الهياكل الخارجية للكتف) لتقليل التعب والإرهاق أثناء العمل والحدّ من خطر إصابات الكتف. وتجعل هذه الهياكل الخارجية الإمساك بالأدوات (ورفع الذراعين) أسهل بكثير، وكأن لديك مساعدًا خفيًا يدعم ذراعيك أو وكأن الأدوات تطفو في الهواء. وهذا يعني تمكين العمال من أداء مهامهم دون التعرض للقدر نفسه من التعب والألم، مما يساهم في تحسين جودة المهام التي يقومون بها ورفاهيتهم أثناء العمل وبعده على حدٍّ سواء.

توجد أيضًا هياكل خارجية تدعم العديد من المهام وأجزاء الجسم الأخرى. فهناك هياكل للظهر واليدين والساقين. على سبيل المثال، فإن عمال المستودعات والتوصيل المسؤولين عن تحميل الصناديق وتفريغها يمكنهم استخدام الهياكل الخارجية المخصصة للظهر لرفع الأشياء بسهولة أكبر وقدر أقل من التعب. وهناك هياكل للظهر تدعم الثبات وتقلل الإجهاد بالنسبة للعاملين في مجالات مثل الزراعة والنجارة والصيانة والذين يعملون في وضعيات منحنية أو غير مريحة لفترات زمنية طويلة.

أما العاملون في مهام التصنيع أو البناء والذين يمسكون بأدوات ثقيلة، فتتاح لهم الهياكل الخارجية لليد لتقليل الإجهاد والتعب في عضلات الأصابع. وبالنسبة للأطباء وطواقم التمريض وعمّال خطوط الإنتاج الذين يضطرون إلى الوقوف أو أخذ وضعية القرفصاء لفترات زمنية طويلة، فهناك هياكل خارجية للساقين تساعد في تحمل وزن الجسم. يتم أيضًا تطوير هياكل خارجية للساقين للجنود وقوات الإطفاء ومتسلقي الجبال الذين قد يضطرون إلى حمل معدات ثقيلة لمسافات طويلة.

وعلى الرغم من تصميم كل هيكل من هذه الهياكل الخارجية لمهمة مختلفة أو جزء مختلف في الجسم، فكلها تخدم غرضًا مشابهًا، وهو مساعدة الأفراد الذين يبذلون جهدًا بدنيًا لأداء مهامهم بأمان وكفاءة أكبر. ونتيجة لذلك، يذهب الأفراد للمنزل بعد عملهم وهم يشعرون بطاقة أكبر وقدر أقل من الألم، وبالتالي يمكنهم الاستمتاع بقضاء الوقت مع أفراد العائلة والأصدقاء وممارسة الجوانب الأخرى من حياتهم.

كيف توفّر الهياكل الخارجية الدعم بالضبط؟

تعمل الهياكل الخارجية وكأنها مجموعة إضافية من العضلات أثناء الحركة (الشكل 2). فبدلاً من الاعتماد على عضلات جسمك الطبيعية لتوليد كل القوى، يوفّر لك الهيكل الخارجي القابل للارتداء جزءًا من القوى، على سبيل المثال القوة اللازمة للمشي أو الانحناء أو رفع الأشياء أو الوقوف. في العادة، تظل العضلات الطبيعية للفرد تقوم بمعظم الجهد، ولكن ارتداء هيكل خارجي يمكن أن يسهّل بعض المهام بنسبة تتراوح بين 10% و50% [2]. ويتضاعف أثر تخفيف الجهد هذا في حالة الأشخاص الذين يقومون بأعمال بدنية لساعات طويلة كل يوم.

هناك نوعان رئيسيان من الهياكل الخارجية: الهياكل الخارجية المرنة (وتُسمى أيضًا السلبية) والهياكل الخارجية النشطة (تُسمى أيضًا العاملة بالطاقة). لا تحتوي الهياكل الخارجية المرنة على محركات أو أجزاء إلكترونية، بل تستخدم عناصر ميكانيكية مثل النوابض والرافعات لدعم الجسم أو المساعدة في الحركة أو تحسين الأداء البدني. على سبيل المثال، عندما ينحني شخص يرتدي هيكلاً خارجيًا لالتقاط شيء ما، تُخزَّن طاقة وضع مرنة في نابض (بسبب تمدد شريط مرن مثلاً، الشكل 2)، مما يخفف الحمل على عضلات الظهر والأربطة. وعندما يبدأ الشخص في رفع الشيء، يطلق النابض الطاقة المرنة المُخزنة فيه، مما يوفر قوة مساعدة ويسهّل عملية الرفع. وبسبب مبدأ الرافعة الميكانيكية في الفيزياء، يقلل الهيكل الخارجي أيضًا القوة الانضغاطية الكلية الواقعة على فقرات العمود الفقري والأقراص بينها.

وتتميز الهياكل الخارجية المرنة عمومًا بأنها أخف وزنًا وأقل تكلفة وأبسط تصميمًا من الهياكل الخارجية النشطة. ولا تحتاج إلى بطاريات أو إلى الشحن، مما يجعلها موثوقة للغاية وأسهل في الاستخدام في أغلب الأحيان. ولكنها توفّر فحسب أنواعًا معينة من أنماط الدعم وتفتقر عمومًا إلى قدرات الاستشعار الإضافية التي تقدمها الهياكل الخارجية النشطة.

تُعد الهياكل الخارجية النشطة نوعًا من الروبوتات القابلة للارتداء. وهي مُجهزة بمحركات تولّد قوى مساعدة وبطاريات تشغّل المحركات وأنظمة حاسوبية تتحكم في مقدار القوى التي تولّدها المحركات وحالات ذلك. ومن فوائد الأجهزة النشطة قدرتها على جمع البيانات من المستشعرات المدمجة. فالهياكل الخارجية تستخدم بيانات المستشعرات لفهم حركات مرتديها أو توقّعها ولتنسيق عمل المحركات لتقديم الدعم بشكل مناسب [3]. ومن الصعب للغاية حقًا جعل الجهاز الروبوتي القابل للارتداء يتحرك بشكل متزامن مع مرتديه بطريقة آمنة ولا تعيق الحركة وقليلة الأخطاء وتوفر استجابة سريعة وسلسة بدرجة كافية لتجنب إزعاج مرتدي الجهاز (أو تعريضه للخطر). وتبقى هذه المشكلة تحديًا كبيرًا في مجال الهياكل الخارجية.

ما أفضل أنواع الهياكل الخارجية؟

لا توجد إجابة بسيطة أو عامة لهذا السؤال. فالهياكل الخارجية المرنة والنشطة على حدٍّ سواء يمكنها تحسين الأداء البدني وتخفيف الإجهاد العضلي والحدّ من خطر الإصابات، ويكون هذا بدرجة متشابهة في أغلب الأحيان [4]. أما بالنسبة للدعم والمساعدة، فالعامل الحاسم عادةً هو راحة مرتدي الجهاز، أي مدى القوة المبذولة للسحب أو الدفع من جانب الهيكل الخارجي قبل أن يشعر الشخص بعدم الارتياح [5]. يمكن لكلٍّ من النوابض والمحركات توليد قوى كبيرة لا يتحملها البشر. ولذلك لا يتعلق الأمر عامةً بما إذا كانت قوى الهيكل الخارجي صادرة من نابض أو محرك، بل يعتمد أفضل هيكل خارجي على طبيعة المهمة المطلوبة والمستخدم نفسه. وينطبق الأمر نفسه على الهياكل الخارجية الصلبة واللينة، فهناك إيجابيات وسلبيات لكل منها. إن الهياكل الخارجية هي أدوات قابلة للارتداء، وتختلف حالات الأداء الأفضل باختلاف الأداة. وبالنسبة للهياكل الخارجية المخصصة للعمل، فأهم نقطة هي محاولة تصميم الأدوات المناسبة التي تتوافق مع طبيعة المهام المطلوبة.

كيف يتم تصميم الهياكل الخارجية؟

لتصميم الهياكل الخارجية، هناك حاجة إلى العديد من المهارات والتخصصات، ومنها الهندسة (لتولّي المكونات الميكانيكية وأنظمة التحكم) وتصميم الملابس (للاهتمام بالعناصر اللينة وضمان الراحة) وعلم النفس (لتحسين المظهر الجمالي وقبول المستخدم للمنتج). وهذا لأن المطلوب لا يقتصر على توفير الهياكل للدعم بكفاءة وموثوقية، بل يجب أيضًا أن تكون مريحة وملائمة للناس بمختلف أشكالهم وأحجامهم وأن يكون تصميمها جذابًا ليُقبل الأشخاص على ارتدائها. ولأنها تكنولوجيا ناشئة، فلا يزال هناك الكثير من الفرص للإبداع وإدخال التحسينات وابتكارات التصميم. ولكنك لست مضطرًا للانتظار حتى تصبح بالغًا أو حتى تعمل في شركة هياكل خارجية للبدء في تصميم جهاز لك. فهناك أطقم هياكل خارجية تعليمية للأطفال يمكنك شراؤها وتجميعها، مثل طقم يد سايبورغ.

أو صمّم بنفسك هيكلاً خارجيًا فريدًا من الأغراض والمواد المتاحة في منزلك. وإذا كنت بحاجة إلى أفكار، فانتقل إلى هذا الموقع الإلكتروني وابحث عن تصاميم الهياكل الخارجية. وستجد مجموعة واسعة يمكنك تنفيذها بنفسك، سواءً كانت بسيطة أم معقدة.

هل الهياكل الخارجية تُستخدم على نطاق واسع في العمل؟

بما أنها تكنولوجيا جديدة، فهي ليست شائعة الاستخدام بشكل كبير في أماكن العمل حتى الآن. ولكن يتوقع الكثير من الخبراء أن تُستخدم على نطاق واسع في بعض القطاعات في المستقبل. لم يبدأ استخدام الهياكل الخارجية المخصصة للعمل في الشركات والمؤسسات والمصانع إلا في السنوات القليلة الماضية. يزداد وعي القطاعات بها بشكل تدريجي، كما تجري محاولات لتعلّم أفضل المجالات لاستخدامها. وتمامًا مثل أي تكنولوجيا جديدة، فهناك تحديات تقنية وعملية للهياكل الخارجية. على سبيل المثال، يحاول العلماء والمهندسون والمصممون والمبتكرون تقليل تكلفة الهياكل الخارجية ووزنها، وتحسين الراحة الجسدية والحرارية للنساء والرجال على اختلاف أحجامهم وأشكالهم، وتقليل عرقلة الحركات والمهام الأخرى، وصنع هياكل خارجية سهلة الاستخدام ومخصصة لمهام معينة، وإطالة عمر البطارية، والتغلب على القيود المتعلقة بكيفية التحكم في الهياكل.

مستقبل الهياكل الخارجية

يبدو مستقبل الهياكل الخارجية المخصصة للعمل واعدًا. ركّز هذا المقال على انتشارها في أماكن العمل، ولكن هناك أيضًا هياكل طبية مصممة لمساعدة الأشخاص ذوي الإعاقات في القيام بالأنشطة اليومية، وهياكل ترفيهية مخصصة لمساعدة الناس في ممارسة الرياضة وغيرها من الأنشطة المرحة مثل التنزه الجبلي والتزلج. لا يزال أمامنا الكثير لتعلمه من خلال الأبحاث حول الآثار طويلة المدى وواسعة النطاق للهياكل الخارجية، ولكن على مدار العقد القادم، من المتوقع أن يزيد انتشار هذه التقنيات القابلة للارتداء بوتيرة متسارعة. وفي المستقبل القريب، قد تصبح الهياكل الخارجية من الأدوات أو معدات السلامة الأساسية في مهن معينة. وقد يأتي يوم يحصل فيه مواليد العام 2010 فما بعده على هيكل خارجي، في أول يوم عمل لهم، مثلاً كمساعدي نُدُل أو في تنسيق الحدائق أو في توصيل الطلبات. ومستقبل الأعمال البدنية هذا أقرب كثيرًا مما يتخيله أغلب الناس.

مسرد للمصطلحات

تقنيات تعزيز القدرات البشرية (Human Augmentation Technologies): ↑ تقنيات تحسّن القدرات البشرية العقلية أو البدنية، على سبيل المثال.

الهياكل الخارجية (Exoskeletons): ↑ أجهزة قابلة للارتداء تساعد على الحركة أو الأداء أو تدعمهما أو تعززهما من خلال التفاعلات (القوى) الفيزيائية مع جسم المستخدم.

البدلات الخارجية (Exosuits): ↑ تُسمى أيضًا الهياكل الخارجية اللينة، وهي هياكل خارجية تتكون في الغالب من مواد لينة مثل الأقمشة والمنسوجات والمطاط المرن.

الهياكل الخارجية المرنة (Elastic Exos): ↑ تُسمى أيضًا الهياكل الخارجية غير النشطة أو السلبية، وهي هياكل لا تحتوي على محركات، بل تستخدم النوابض أو الرافعات أو الآليات الميكانيكية الأخرى لتوفير الدعم.

الهياكل الخارجية النشطة (Active Exos): ↑ تُسمى أيضًا الهياكل الخارجية العاملة بالطاقة أو الآلية، وهي أنواع من الروبوتات القابلة للارتداء تستخدم محركات أو أجهزة أخرى تعمل بالطاقة لتوفير الدعم والمساعدة.

المستشعرات (Sensors): ↑ أجهزة ترصد أو تقيس خاصية فيزيائية أو مؤثرًا فيزيائيًا.

إقرار تضارب المصالح

شارك KZ في ابتكار اختراعات محمية بحقوق ملكية فكرية ومتعلقة بالهياكل الخارجية المخصصة للعمل. وهو أحد مؤسسي LLC ,HeroWear التي تنتج الهياكل الخارجية الداعمة للظهر وتبيعها وله مصلحة مالية في هذه الشركة. لم يكن لشركة HeroWear أي دور في إعداد هذا المقال أو في قرار إرساله~لنشره. ويعلن المؤلف الآخر أن البحث قد أُجري في غياب أي علاقات تجارية أو مالية يمكن تفسيرها على أنها تضارب محتمل في المصالح.

شكر وتقدير

تم الحصولُ على موافقة خطية مستنيرة من الأفراد لنشر أيّ صور أو بيانات يمكن التعرف عليهم من خلالها في هذا المقال.

إفصاح أدوات الذكاء الاصطناعي

تم إنشاء النص البديل (alt text) المرفق بالأشكال في هذه المقالة بواسطة "فرونتيرز" (Frontiers) وبدعم من الذكاء الاصطناعي، مع بذل جهود معقولة لضمان دقته، بما يشمل مراجعته من قبل المؤلفين حيثما كان ذلك ممكناً. في حال تحديدكم لأي خطأ، نرجو منكم التواصل معنا.