لم أكن أتوقع أن أفعل هذا!
انظروا إلى ما يمكننا القيام به
بودو هونين
قبل بضعة أشهر ، كنت في حلقة نقاش في مدينة كان أتحدث فيها عن تمكين الفتيات. أنهيت هذا الحديث ببيان لم أكن أعتقد أنه سيطبق شخصيًا بعد بضعة أشهر فقط ، "تخيل الفرح في عيون فتاة صغيرة عندما تدرك ، من خلال عملها ، مدى قوتها". بعد دقائق قليلة من الخروج من المنصة التي اتصلت بها زوجتي ، كانت في المستشفى مع ابنتنا.
عندما تحدث الحياة
أصيبت ابنتي لوريلي بمرض نادر ، عدوى فيروسية ، تسبب في تورم في العمود الفقري والدماغ. خلال الساعات القليلة التالية ، تحولت من كونها الفتاة اللطيفة المرحة كما كانت دائمًا ، إلى فتاة كانت تكافح من أجل التنفس ، وكان جسدها مشلولًا. بحلول الوقت الذي وصلت إليها في المستشفى ، كانت قد فقدت استخدام ذراعها اليسرى ، وكانت عضلاتها الأساسية ضعيفة بشكل خطير ، ولم تكن قادرة على المشي أو الوقوف أو الجلوس ، وواجهت صعوبة في التنفس والتحدث.
تم تشخيصها بأنها مصابة بالتهاب النخاع الرخو الحاد ، وهو متلازمة نادرة تشبه شلل الأطفال ، ولم يكن التشخيص جيدًا. من بين بضع مئات من الحالات التي شوهدت حتى الآن في الولايات المتحدة ، مات بعض الأطفال ، وكان معظمهم مصابًا بالشلل المستمر ، وقد تعافى عدد قليل فقط (أقل من 5٪) تمامًا. لم نتمكن من قبول هذا!
أنا لست منكسر!
قررت أنا وابنتي مواجهة هذا التحدي وجهاً لوجه. بالإضافة إلى القيام بكل ما أوصى به الأطباء والمتخصصون ، قررنا بناء ذراع آلية يمكنها ارتدائها. حصلنا على هذه الفكرة من البحث في الأجهزة المساعدة للهيكل الخارجي التي ساعدت المصابين بالشلل على المشي مرة أخرى. سنفعل الشيء نفسه من خلال بناء ذراع الهيكل الخارجي لتحفيز إعادة التأهيل من خلال السماح لها باستخدام ذراعها المشلولة كالمعتاد. سنجعله مفتوح المصدر ، ونصل إلى الأشخاص أكثر ذكاءً مما نحن عليه ، ونوثق ما نفعله بينما نمضي قدمًا. بهذه الطريقة ، يمكننا أيضًا مساعدة الأطفال الآخرين الذين جئنا للقائهم خلال الأسابيع القليلة الماضية والذين أصيبوا أيضًا بالشلل.
من خلال البحث ، علمنا أن الشركات الكبرى تقوم ببناء أجهزة مماثلة ، واحتجنا فقط لمعرفة كيفية صنعها بأنفسنا. قم ببنائه أرخص 10 مرات واجعله أخف 10 مرات ، بحيث يمكن لوريلي ، البالغة من العمر خمس سنوات ، استخدامها أينما ذهبت.
"لذلك ، هذا ما شرعنا في القيام به ، لقد أطلقنا النار على القمر!"
الآن ، ربما ينبغي أن أخبرك أنه لم يكن لدينا خبرة تذكر في مجال الروبوتات. في الواقع ، كانت لدينا خبرة قليلة في كل شيء قمنا به الآن تقريبًا. وهذه إحدى مباهج هذه القصة. من خلال الابتكار المفتوح ومساعدة الآخرين ، يمكننا تمكيننا للقيام بأشياء مذهلة!
قمنا بتلخيص التحدي
أثناء مكوثها في المستشفى ، كان جسد ابنتي يزداد قوة ، لكن ذراعها اليسرى ظلت مشلولة. كان بإمكانها تحريك أصابعها ولف معصمها ، لكن كان من غير المحتمل أن تعود الحركة إلى ذراعها وكتفها. كان بإمكانها القيام بحركة طفيفة جدًا عندما كانت ذراعها في حالة انعدام الجاذبية مثل عندما تكون مغمورة في الماء. كانت قادرة على تحريكه حوالي 10 درجات في أي من الاتجاهين دون مساعدة. هذا يعني أن إشارة ضعيفة جدًا على الأقل كانت تصل عضلاتها وأنه لم تتضرر جميع الخلايا العصبية الحركية تمامًا. إذا تمكنا من معرفة كيفية التقاط هذه الإشارات ، فيمكننا استخدامها للتحكم في الذراع الروبوتية المساعدة وتشجيع إجراء اتصالات عصبية جديدة.
سيحتاج هذا الذراع المساعد أيضًا إلى تلبية بعض المتطلبات الوظيفية. كتف لوريلي ضعيف حقًا ، لذلك لا يمكن أن يزن كل ما قمنا ببنائه أكثر من 150 جرامًا. يجب أيضًا أن يكون متحركًا وأن يكون قادرًا على التقاط 400 جرام على الأقل عدة مرات في الساعة لمدة 5 ساعات على الأقل. يجب تعديله بسهولة ، وإذا كان سيتم ارتداؤه كثيرًا ، في المدرسة ومع أصدقائها ، فيجب أن يكون خفيفًا ومريحًا وجميلًا!
قبل وقت طويل ، كانت لدينا فكرة تقريبية عما نريد القيام به: مسح ذراع لوريلي للحصول على قياسات دقيقة ، وطباعة دعامة ذراع مطبوعة ثلاثية الأبعاد لساعدها وذراعها ، وربط هذين الاثنين بمشغل يمكن التحكم فيه من خلال أجهزة الاستشعار التي ندمجها في الأقواس المطبوعة ثلاثية الأبعاد.
طلب المساعدة
وصلنا من قبل تسجيل مقاطع الفيديو. بادئ ذي بدء ، احتجنا إلى مشورة بشأن أساسيات هذا الجهاز. أنشأنا تصميمًا بسيطًا لشرح ما أردنا تحقيقه وتواصلنا معه للحصول على المشورة. في غضون أيام ، بدأنا في الحصول على الدعم الذي نحتاجه. من المكسيك إلى هونغ كونغ ، تواصل الناس لمساعدتنا.
بعد بضعة أسابيع ، أصبح لدينا فهم جيد لجميع المكونات التي نحتاجها للحصول على شيء ما يعمل. بميزانية محدودة ، ذهبنا للتسوق. اشترينا Arduino ولوحة EKG وأجهزة استشعار مختلفة وقمنا ببناء منصة ذراع لاختبارها بالكامل.
بعد الكثير من المساعدة من العديد من الأشخاص ، انتقلنا إلى إنشاء بعض النماذج الأولية ، وانتهى بنا الأمر بنموذج يعمل جيدًا. لقد استخدمت وحدات بناء من نوع Lego قمنا بتجميعها معًا لاختبار الأشياء بها. والآن أصبحنا مستعدين للانتقال إلى الخطوة التالية.
التعلم كما نذهب
كنا بحاجة إلى الانتقال إلى الطباعة ثلاثية الأبعاد. ومع ذلك ، واجهتنا بعض التحديات في المسح الدقيق لذراع لوريلي للحصول على القياسات الدقيقة التي نحتاجها. كانت المشكلة هي إبقائها ثابتة على محور دوار. عادة ، ستستخدم منصة دوارة باهظة الثمن ولكن لم يكن لدينا هذا الفخامة. بدلاً من ذلك ، استخدمنا طبقًا. كنت أرقد على الأرض وأديرها ببطء وسرعان ما أحصل على مسح ضوئي رائع. في بعض الأحيان ، الحلول البسيطة هي الأفضل! باستخدام المسح ثلاثي الأبعاد ، حصلنا على جميع القياسات التي نحتاجها.
انتهى بنا المطاف بتصميم الأقواس وطباعتها بشكل مسطح باستخدام بلاستيك PLA - يمكن تسخين بلاستيك PLA بسهولة ليصبح مرنًا ، ثم يصبح صلبًا عندما يبرد مرة أخرى. سيسمح لنا ذلك بتسخينه وتشكيله حول ذراع Lorelei ، مما يسمح بإجراء تغييرات صغيرة في التصميم والملاءمة ليتم تنفيذها بسرعة ، ببساطة عن طريق التسخين والانحناء. للتأكد من أننا لم نحرق ذراعها بالبلاستيك الساخن ، فقد صنعنا قوالب من ذراعها حتى نتمكن من تشكيل البلاستيك الساخن حول القوالب بدلاً من ذلك. [فيديو]
ضرب حاجز
سيجلس مستشعر العضلات الذي بدأنا استخدامه في البداية على العضلات ويقيس الإشارة الكهربائية باستخدام قطبين. هذا رسم بياني لشكل إشارة ذراعي. يمكنك أن ترى بوضوح متى يكون مسترخياً ومتى أقوم بشد عضلاتي بنشاط.
ما سيفعله المستشعر بعد ذلك هو تصفية الإشارة الأولية وتطبيعها. يمكننا بعد ذلك تحديد عتبة من شأنها تشغيل الذراع الآلية. عندما شد عضلاتي ، كانت الذراع الآلية تسحب ، وعندما أرتاح ، تنزل الذراع مرة أخرى.
لكن التحدي جاء عند محاولة جعله يعمل من أجل ابنتي. كانت إشارات عضلاتها ضعيفة للغاية. كان علينا ضبط العتبة منخفضة جدًا بحيث يتم تشغيلها عن غير قصد بواسطة قلبها وإشارات العضلات الأخرى.
إبداع في حل المشاكل
شرحت لـ Lorelei أن إشارات عضلاتها كانت مثل القطارات التي تسير في مسار وأننا لا نستطيع الحصول على إشارة موثوقة لأن المسار كان معطلاً. بعد أيام قليلة ، أثناء وجودها في محطة قطار ، نظرت إلي بشيء من العبقرية وقالت:
"لماذا نبحث فقط عن قطار؟"
هذا كل شيء! دعونا لا نقوم بتصفية وتطبيع الإشارة ، دعنا نلقي نظرة على الإشارة الكاملة. قادمًا من خلفية في الحوسبة ، كنت أعرف القليل عن التعلم الآلي. باستخدام التعلم الآلي ، يمكنك تدريب خوارزمية على التدقيق في مجموعات البيانات الضخمة وتعلم كيفية انتقاء نقاط البيانات ذات الأهمية. هذه هي الطريقة التي يعمل بها التعرف على الصور والتعرف على الصوت. ماذا لو استخدمنا نفس العملية على إشارات Lorelei الأولية القادمة من ذراعها ، بدلاً من تصفية الإشارات وتطبيعها. هل يمكننا تدريب خوارزمية للتعرف على الوقت الذي تحاول فيه رفع ذراعها وتحريكها؟
أنشأنا مقطع فيديو مرة أخرى ونشرنا هذا التحدي لطلب النصيحة. سرعان ما وجدنا بعض الخيارات المثيرة للاهتمام وشركة كانت تفعل شيئًا مشابهًا. بعد بضع رسائل بريد إلكتروني ومكالمة هاتفية ، أرسلوا لنا وحدة تقييم. قمنا بتوصيل 17 قطبًا كهربائيًا بأعلى ذراعها: 8 أزواج ، وقطب كهربائي أساسي. سيوفر لنا كل زوج إشارة منفصلة غير مصفاة. من خلال هذه المستشعرات المتعددة ، سنتمكن من النظر إلى جميع الإشارات التي تنتقل عبر ذراع لوريلي.
الآن يمكننا تدريب الخوارزمية. كانت لوريلي تسحب ذراعها لأعلى وستسجل بيانات الإشارة. كانت تسترخي بعد ذلك وتحاول دفع ذراعها لأسفل وسيسجل تلك البيانات. بعد بضع جلسات تدريبية ، تمكنت الخوارزمية من التعرف على أنماط من كتلة ضوضاء الإشارة ويمكننا بعد ذلك استخدامها للتحكم في ذراع افتراضي. [فيديو]
هذا كان هو! إلى التحدي التالي.
نداء للمساعدة
نحن نعلم الآن أن هذا النهج يمكن أن ينجح. ومع ذلك ، فإن الخوارزمية والتكنولوجيا التي استخدمناها لالتقاط الإشارة هي ملكية خاصة وكانت التكاليف أعلى بكثير من ميزانيتنا للترخيص.
لماذا لا ينبغي أن تكون هذه التكنولوجيا العظيمة متاحة للجميع؟ نريد بناء تقنية مفتوحة المصدر للتعرف على الإشارات الكهربية العضلية. على مدار الأشهر القليلة الماضية ، انضمت مجموعة من المبتكرين من جميع أنحاء العالم إلى ابنتي لبناء ذراع آلي مفتوح المصدر أخف بعشر مرات وأقل تكلفة بعشر مرات مما هو موجود هناك. هذه قصتنا حتى الآن ، تعال انضم إلينا واجعلها قصتك أيضًا!
نقف على أكتاف العمالقة!
لدي فلسفة في الحياة أعيش بها. كل ما نقوم به هو بفضل المليارات الذين عاشوا قبلنا. لدينا القدرة على الإبداع والابتكار والاختراع ولكن لا يمكننا الادعاء بأن أي شيء هو من صنعنا وحدنا. الكثير من الإلهام الذي نستخدمه في الإبداع يأتي من الآخرين. إنها الأكتاف التي نقف عليها جميعًا. منذ بداية هذا المشروع ، علمت أنا وابنتي أننا أردنا القيام بذلك ، ليس فقط من أجلنا ولكن لجميع الأطفال الذين تعرفنا عليهم أيضًا ممن أصيبوا بالشلل بسبب هذا المرض. نأمل أن يصبح هذا النموذج الأولي موثوقًا به بما يكفي لمشاركته مع آلاف الأطفال مثل لوريلي.
من خلال مشاركة ما فعلناه وتعلمناه علانية ، يمكننا مساعدة الكثيرين الآخرين تمامًا كما تلقينا المساعدة.
تستطيع ان تجدنا هنا: https://www.facebook.com/OurKidsCanDoAnything
