ساق إلكترونية ثورية مقاومة للسقوط وتستجيب لإشارات الجسم

قدم اصطناعية ثورية

في يوليو/ تموز عام 2021 كان سون شياوجون مشغولًا للغاية حيث كان يحضر لإطلاق الساق الإلكترونية التي عمل على تطويرها على مدار ست سنوات كاملة.

”خلال مرحلة التطوير قمنا بتجربة الساق الصناعية على العديد من الأشخاص الذين فقدوا أرجلهم، وذلك من أجل الحصول على ملاحظاتهم والاستفادة منها في تحسين كفاءة الجهاز، وفي يناير/ كانون الثاني من العام الجاري بدأت في تجربة الأمر بنفسي. حاليًا نحن نجري بعض التعديلات والتحسينات النهائية بينما نناقش المشكلات مع الشركة المصنعة، ونخطط لطرح الجهاز في الأسواق بحلول نهاية هذا العام“.

في الوقت الحالي تعتبر معظم الأرجل الاصطناعية أجهزة سلبية وغير مزودة بالطاقة وتتطلب من مرتديها توفير قوة كبيرة لتنفيذ كل حركة. لكن الأمر هنا مختلف. يشرح سون ذلك قائلاً: ”تجمع ساقنا الإلكترونية عدة أجهزة استشعار مدمجة تدعم حركات مرتديها بمحركات تساعد على المشي، مما يجعل استخدام الساق أقل إرهاقًا. حتى على الدرج تبدو الساق طبيعية وكأنك تستخدم عضلات جسدك. كما أنها مقاومة للسقوط وسهلة الاستخدام“.

”توفير القدرة على التنقل للجميع“ هو الهدف الأول لشركة بيونيك إم ”BionicM“ وهي شركة ناشئة أسسها سون قبل ثلاث سنوات من الآن. تهدف بيونيك إم إلى استخدام الروبوتات لتطوير الأجهزة التي تساعد جميع الأشخاص، سواء كانوا من كبار السن أو المعوقين جسديًا، حتى يمكنهم التنقل بشكل مستقل، فضلاً عن تقديم خدمات أخرى ذات صلة. يرمز الحرف ”M“ في ”BionicM“ إلى الإنسان ”Man“ والتنقل ”Mobility“ مما يُظهر التزام الشركة بالدمج بين الإنسان والتكنولوجيا.

تشخيص يغير الحياة

كانت تجربة استخدام العكازات لمدة 15 عامًا هي التي ألهمت سون فكرة تطوير ساق إلكترونية.

ولد سون عام 1987 في منطقة نائية في مقاطعة قويتشو في جنوب غرب الصين، حيث أمضى طفولته في لعب كرة السلة. ”لقد كانت قويتشو منطقة نائية للغاية، مؤخراً ذاع صيتها وأصبحت مقصداً سياحياً بسبب غناها بينابيع المياه الساخنة، ولكن عندما كنت طفلاً كانت تفتقد لأي خدمات ترفيهية، لم يكن هناك شيئاً تقريباً“.

عندما كان سون في التاسعة من عمره، شهدت طفولته الهادئة منعطفًا تراجيدياً مفاجئاً عندما فقد ساقه اليمنى بسبب الساركوما العظمية، وهي شكل من أشكال سرطان العظام. يقول: ”لقد أصبت بالاكتئاب، وأدركت أنني لن أكون قادرًا على القيام بالأشياء بالطريقة التي اعتدت عليها“

الشاب سون مستنداً على عكازين من الخشب.

أصبح سون قلقًا بشأن ما تخبئه له الأقدار، وزاد قلقه عندما طلب منه والديه أن يفكر مليًا في مستقبله بعد رحيلهما وبقائه وحيداً بساق واحدة، لن يكون قادرًا على العمل في المزرعة أو القيام بأي أعمال بدنية. في ذلك الوقت لم يكن سون قادرًا على شراء ساق اصطناعية باهظة الثمن لأن الحكومة الصينية في ذلك الوقت لم تكن تقدم سوى القليل من المنح أو خطط الدعم للمعاقين. لم يكن لديه خيار سوى استخدام العكازات، لقد عاش حقاً ظروفاً قاسية.

قرر سون أن خياره الوحيد هو أن يمنح نفسه مستقبلًا من خلال البحث الأكاديمي. أخذ يدرس ليل نهار، وتحسنت علاماته باطراد حتى استطاع الالتحاق بإحدى المدارس الثانوية القليلة في قويتشو التي تعد الطلاب للالتحاق بالجامعة، وفي عام 2006 تم قبوله في جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا في ووهان بمقاطعة هوبى.

يقول: ”كنت وقتها ما زلت لا أعرف ماذا أريد أن أعمل في المستقبل، لكنني قررت التخصص في هندسة المواد لأن جامعة هواتشونغ معروفة بتفوقها في هذا المجال“.

وداعًا للعكازات في اليابان

التحق سون بجامعة توهوكو ”واحدة من الجامعات الرائدة في العالم في مجال هندسة المواد“ لمدة عام كطالب تبادل جامعي. يوضح سون ”كنت أرغب في التعرف على التكنولوجيا اليابانية المذهلة، لذلك تقدمت بطلب للدراسة كطالب تبادل مع أني لم أكن قد درست اللغة اليابانية أبدًا من قبل. في ذلك الوقت كنت أنوي استكمال الدراسات العليا في الولايات المتحدة، لذلك كنت أدرس اللغة الإنجليزية. ومع ذلك، خلال السنة التي قضيتها في اليابان، وقعت في حب هذا البلد. فعلى الرغم من افتقاري إلى المهارات اللغوية، كان الجميع لطيفين معي. كنت أقيم في سينداي، وهي مدينة جميلة ذات طبيعة خلابة، لكن الانتقال إلى الجامعة بالحافلة كل يوم باستخدام العكازين كان أمراً شاقا للغاية، ورغم ذلك شعرت أن العيش في اليابان بالنسبة لشخص في مثل حالتي أسهل من العيش في الصين، وبدأت أفكر في استكمال دراستي العليا في هذا البلد.“

رحلة إلى أزهار الكرز الشهيرة على ضفاف نهر شيروشي بمحافظة مياغي.

في عام 2010، تخرج سون من جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا وبدأ الدراسة في جامعة طوكيو للحصول على درجة الماجستير.

”تخصصت في الهندسة الميكانيكية وبالتحديد في البحث في خلايا الوقود، وكان ذلك تطورًا طبيعيًا لدراستي لهندسة المواد،. كنت أرغب في العمل في مجال الطاقة، لأن الطاقة قضية عالمية. أصبحت أيضًا متحمسًا لدراسة اللغة اليابانية.“

لكن سرعان ما تحول تفكيره. ”أثناء دراستي للماجستير، بدأت في استخدام ساق اصطناعية حصلت عليها من خلال منحة مقدمة للأشخاص ذوي الإعاقة.“ وعلى الرغم من أنه كان سعيدًا بالابتعاد عن العكازات والقدرة على استخدام كلتا يديه، كانت الأطراف الصناعية السلبية التقليدية صعبة الاستخدام. ”قررت تصميم ساق أكثر سهولة وأكبر نفعاً.“

الفوز بجائزة الابتكار التفاعلي

وبعد حصوله على درجة الماجستير في الهندسة، قبل سون منصبًا في شركة سوني، حيث تم تعيينه في قسم تطوير مكبرات الصوت. وفي حين أن هذه الوظيفة لم تسمح له بالعمل في تطوير خلايا الوقود كما كان يرغب، إلا إنه استمتع بالعمل في تصنيع الأجهزة، والتي تضمنت الشراء والتجميع وتحسين جودة الصوت. لكن ساقه الجديدة جعلته أكثر عرضة للسقوط أثناء المشي، وهو ما جعل رغبته في تطوير طرف صناعي حديث أقوى من أي وقت مضى.

وبعد العمل في شركة سوني لأكثر من عامين، قرر سون في عام 2015 ترك الشركة والعمل على تطوير ساق اصطناعية جديدة، التحق حينها ببرنامج الدكتوراه في جامعة طوكيو، وأصبح معمل هندسة نظم المعلومات الذي يجرى أبحاثًا على الروبوتات البشرية، ساحة معركته الجديدة.

داخل معمل جامعة طوكيو.

يضيف سون ”بمجرد أن اكتسبت المهارات اللازمة لتطوير ساق آلية، أردت العمل لدى شركة تصنيع أطراف اصطناعية، لذا تقدمت بطلب للحصول على تدريب داخلي مع شركة تصنيع ألمانية كانت رائدة عالميًا في هذا المجال، لكنني لم أتلق أي رد. أدركت وقتها أن حصولي على شهادة الدكتوراة ليس معناه بالضرورة أنني سأتمكن من العمل في شركة تسمح لي بتطوير الأطراف الصناعية كما أريد، وهو ما جعلني أقرر إنشاء شركتي الخاصة“.

جاءت نقطة التحول عندما فاز فريق سون بجائزة الابتكار التفاعلي في معرض إس إكس إس دبليو ”SXSW“ أحد أكبر المعارض العالمية، والذي يقام في أوستن بولاية تكساس الأمريكية، وفجأة أصبحت شركته بيونيك إم في دائرة الضوء. جدير بالذكر أن تويتر وأير بي إن بي من بين الفائزين السابقين بهذه الجائزة.

الفوز بجائزة الابتكار التفاعلي في إس إكس إس دبليو.

”يعد دمج الروبوتات مع جسم الإنسان مسعى صعبًا تقنيًا. أعتقد أن الحكام أحبوا مفهوم الأطراف الصناعية المبتكرة التي من شأنها تعزيز حركة مستخدميها. وعلى الرغم من أن الطرف الاصطناعي كان لا يزال في مرحلة التطوير، إلا أن العرض الذي أجريناه قدم للناس فكرة عما يمكن أن تحققه هذه التكنولوجيا.“

في حين أن الفوز بجائزة في إس إكس إس دبليو يعني أنه حقق هدفه المتمثل في الدعاية لاختراعه على نطاق واسع، بما في ذلك بين المستثمرين، إلا أن الطرف الاصطناعي كان لا يزال ”غير متقدم بما يكفي ليكون قابلاً للاستخدام في الحياة اليومية“ كما يوضح سون.

أطراف اصطناعية مميزة

كانت إحدى العقبات الرئيسية في عملية التطوير هي الحاجة إلى جعل الطرف الاصطناعي أخف وزنًا وأكثر أمانًا ومتانة.

”يجب أن يكون الطرف الاصطناعي قويًا بما يكفي لدعم وزن مرتديه وذلك باستخدام مساحة صغيرة فقط من المقطع العرضي للساق. في الوقت نفسه من الضروري عدم تحميل الساق وزناً إضافياً كبيراً. يجب أن تكون الأطراف الاصطناعية متينة بشكل كافي حتى يمكن استخدامها كل يوم ولفترة طويلة. كذلك أيضاً يمكن للساق الاصطناعية أن تمثل خطراً إذا لم تكن مرنة بالشكل الكافي لكي تتوافق مع وضع وحركات مرتديها. يقول سون إن تصميم الطرف الصناعي بشكل يجعله قادراً على التنبؤ بحركات مرتديه بحيث يكمل وظيفة الجسد بشكل صحيح مهمة صعبة للغاية“.

التصميم الخارجي أيضاً مهمًا للغاية. يقول سون ”يحتفظ العديد من مستخدمي الأطراف الاصطناعية بأطرافهم مخفية، لكنني أردت تغيير ذلك الأمر. أردت أن أصنع طرفًا صناعيًا يبدو “رائعًا” وكأنه جزء من جسدك. لا أحد يريد أن يفقد ساقه بالتأكيد، لكني أردت أن يشعر الأفراد الذين فقدوا سيقانهم بالفخر، أردت أن اجعلهم راغبين في التباهي بسيقانهم الاصطناعية كجزء من مظهرهم“.

يحلم سون بتطوير أطراف اصطناعية عصرية.

الاستفادة من العلامة التجارية لجامعة طوكيو

في ديسمبر/ كانون الأول عام 2018 تم تأسيس شركة بيونيك إم، وفي العام التالي، استثمرت إيدج كابيتال بارتنرز ”UTEC“ في شركة بيونيك إم، وهي شركة تابعة لجامعة طوكيو تدعم الشركات الناشئة، ويقع مكتب يونيك إم حالياً في جناح حاضنة داخل الحرم الجامعي للشركات الناشئة

يقع مقر بيونيك إم داخل ”مختبر رواد الأعمال“ بجامعة طوكيو.

يضيف سون ”مع بدء شركة ناشئة، أنت تبدأ من لا شيء. فأنت غير معروف، ومن الصعب عليك جمع الأموال. لقد اكسبنا اعتراف جامعة طوكيو بنا كمشروع بحث وتطوير تقديرًا كبيراً في عالم الأعمال.“

يقول سون إنه استفاد جيداً من سمعة الجامعة، والمهارات الروبوتية التي تعلمها في المختبر، والمرافق المتاحة له، والإنجازات المختلفة للباحثين الآخرين، مما مكنه من طرح الساق الاصطناعية في السوق بعد عامين ونصف فقط من تأسيس شركته.

في عام 2020، استطاع سون جمع 550 مليون ين ياباني من خلال بيع بعض من أسهم الشركة لطرف ثالث، وفي الوقت نفسه أنشأ شركة تابعة في شنتشن للتعامل مع عمليات الشركة في الصين. يقول إنه يريد طرح اختراعه لمستخدمي الأطراف الاصطناعية في جميع أنحاء العالم، بدءًا من اليابان والصين.

حرية التنقل للجميع

حاليًا يعمل في بيونيك إم 17 موظفًا يجلبون معهم مجموعة من المعارف والمهارات المتخصصة، بما في ذلك الإلكترونيات وهندسة البرمجيات والعلاج الطبيعي وتركيب الأطراف الاصطناعية ”وهو مؤهل معترف به على المستوى الوطني لحرفي الأطراف الاصطناعية“. يعمل هؤلاء الموظفون كفريق واحد لتطوير الساق الإلكترونية.

سون يلعب كرة القدم بواسطة طرف اصطناعي صممه بنفسه.

وبينما استطاع سون حل معظم التحديات التقنية، إلا أنه مازال يواجه بعض المشاكل المتعلقة بكيفية خفض التكاليف.

تعتبر الأطراف الاصطناعية عمومًا من المنتجات باهظة الثمن، حيث تتراوح تكلفة الأرجل الاصطناعية التقليدية من عشرات الآلاف من الين حتى مليون ين ياباني. يتم تصنيع الأطراف الاصطناعية الآلية الوحيدة المتوفرة حاليًا بواسطة شركة أيسلندية، وتبلغ تكلفتها أكثر من 10 ملايين ين لكل منها.

يضيف سون ”ما زلنا نفكر في التسعير. سيكون من الصعب إطلاق الطرف الاصطناعي بسعر منخفض. يتعين علينا خفض التكاليف وخفض السعر قدر الإمكان من أجل الوصول إلى أكبر عدد ممكن من المستخدمين. نحن بحاجة إلى أن نكون مبتكرين، ليس فقط في التكنولوجيا، ولكن أيضًا في أعمالنا التجارية. سأستكشف الترتيبات التي تجعل من السهل شراء الأطراف الاصطناعية، بما في ذلك خطط التمويل والتأجير“.

بينما ينصب تركيز سون حاليًا على الحصول على موطئ قدم في سوق الأطراف الاصطناعية، فإنه يفكر في المستقبل في تقديم مجموعة من الخدمات وتطوير منتجات جديدة.

”طرفنا الآلي مزود بأجهزة استشعار تجمع بيانات المشي على أساس يومي. ومن خلال تحليل هذه البيانات يمكننا تصور طريقة مشي مرتديه - على سبيل المثال، النظر إلى الطريقة التي يتم بها موازنة الحمل بين الساقين اليمنى واليسرى، وما إذا كانت مفاصل الركبة تنحني بشكل صحيح، وما إذا كانت حركات الجسم مماثلة لتلك التي يتمتع بها الشخص العادي. ومن خلال إعادة هذه المعلومات إلى المستخدمين، يمكننا تقديم المشورة لهم بشأن طرق المشي الصحية. يقول سون “هناك الكثير من الطرق للاستفادة من هذه البيانات”.

بالإضافة إلى الأطراف الاصطناعية، يريد سون تطوير أجهزة التنقل وبدلات القوة التي تساعد الضعفاء وكبار السن على المشي.

يضيف سون ”من الممكن تمامًا الاستفادة من تقنية الروبوتات لتطوير جهاز يكمل مفاصل الركبة للمرضى المسنين لمساعدتهم على المشي. أعتقد أيضًا أنه من الممكن إنشاء “بدلة قوية” ترتديها مثل بنطلون، على عكس بدلات الجسم الكاملة التي تُستخدم في مراكز إعادة التأهيل. مثل هذه الابتكارات ستقدم دعمًا قوياً للناس في حياتهم اليومية. أعتقد أن لدي مهمة لخلق عالم يستطيع فيه المعوقون وكبار السن المشي بحرية وبشكل مستقل“.

(المقالة الأصلية منشورة باللغة اليابانية، بناءً على مقابلة أجراها إيتاكورا كيمي من Nippon.com. صورة العنوان من nippon.com جميع الصور الأخرى مقدمة من بيونيك إم)