قدم فريق بقيادة البروفيسور وانغ تشينينغ من كلية التصنيع المتقدم والروبوتات بجامعة بكين نظامًا لم يسبق له مثيل إلا في الخيال العلمي. نشرت في المجلة معاملات IEEE على الروبوتات يصف العمل أول هيكل خارجي محمول تحت الماء يمكنه مساعدة الغواصين على توفير الطاقة والهواء.

لماذا يصعب على الإنسان العمل تحت الماء؟

تحت الماء، يواجه الجسم بيئة كثيفة، والتي يبدو أنها “تمسك” السباح باستمرار من ساقيه. للمضي قدمًا، عليك التغلب على مقاومة الماء، مما يعني أنك تنفق طاقة أكبر من المشي العادي. حتى الغواصين المدربين جيدًا يتعبون بسرعة، ويزداد استهلاك الهواء بالسرعة نفسها التي يحدث بها أثناء التدريب المكثف على الأرض. وبسبب هذا، يتم تقليل مدة وكفاءة العمل.

منذ فترة طويلة تساعد الهياكل الخارجية الناس على الأرض – دعم المفاصل، وتخفيف العضلات، والتعويض عن التعب. ولكن ثبت أن نقل مثل هذه الأجهزة تحت الماء أمر صعب. الضغط والتآكل والميكانيكا الحيوية المتغيرة للسباحة والحاجة إلى الحفاظ على الحركات الطبيعية أجبرت المهندسين على البحث عن حلول جديدة. تسلط الدراسة الضوء على أن أنظمة الدفع يمكن أن “تعزز توفير العمالة في البيئات القاسية”، وتعد البيئة تحت الماء واحدة من أكثر البيئات تحديًا بالنسبة للبشر.

كيف تعمل البدلة الخارجية؟

ويرتبط الهيكل الخارجي الذي أنشأه الباحثون بالساقين ويعمل في مفصل الركبة. محركها عبارة عن كابل مزدوج الجوانب، مما يجعل الهيكل خفيف الوزن ومستقرًا. تسجل المستشعرات زاوية الانثناء والإيقاع وقوة الحركة، وتقوم وحدة التحكم المدمجة بحساب وقت إضافة القوة. في الأساس، يعمل النظام بمثابة دفعة إضافية في اللحظة المناسبة تمامًا، مثلما تساعد الدفعة اللطيفة السباح على تحقيق الإيقاع الصحيح.

الشيء الرئيسي هو أن الهيكل الخارجي لا يتولى السيطرة على الحركة. فهو يتكيف مع أسلوب السباح ويتكيف في الوقت الفعلي، بحيث تظل الحركات طبيعية. وهذا مهم بشكل خاص لأولئك الذين يعملون في أماكن ضيقة أو يحتاجون إلى الحفاظ على مناورات دقيقة.

ما أظهرته الاختبارات

شارك في التجربة ستة غواصين ذوي خبرة. سجل الباحثون بعناية حركيات الحركات والنشاط الكهربائي للعضلات وتدفق الهواء. وتبين أن البيانات التي تم الحصول عليها مقنعة للغاية.

أدى استخدام الهيكل الخارجي إلى تقليل استهلاك الهواء بنسبة 22,7%، وانخفض الحمل على مجموعتين من العضلات الرئيسية – عضلات الفخذ الرباعية وعضلة الساق – بمقدار 20,9% و 20,6% على التوالى. ويعني هذا التخفيض أن الغواص يمكنه قضاء وقت أطول بكثير تحت الماء دون مخاطر صحية إضافية ودون زيادة حادة في التعب. وسرعان ما اعتاد المشاركون في التجربة على الدعم ولاحظوا عدم وجود أي إزعاج.

وبحسب المهندسين، فإن هذا النظام ليس مجرد تجربة تقنية، بل خطوة نحو مفهوم جديد للتفاعل بين الإنسان وبيئة المحيط. تتمتع الهياكل الخارجية بالقدرة على تعزيز قدرات المحترفين تحت الماء، وتوسيع نطاق المهمة ومدتها، وتقليل مخاطر الأخطاء المرتبطة بالإرهاق.