Khung xương trợ lực lấy cảm hứng từ cơ chế chuyển động của động vật chân đốt

Khung xương trợ lực (exoskeleton) là một dạng robot sinh học khi được "mặc" vào người sẽ hoạt động như một bộ phận của cơ thể, nhằm bảo vệ cơ thể, tăng cường khả năng hoạt động (đi lại, mang vác,...) của con người hoặc hỗ trợ người bị khuyết tật trong hoạt động thường ngày. 

Đa phần các khung xương trợ lực hiện nay đều được tạo ra dựa trên mô hình bản lề trục xoay cố định. Vì thế, những mô hình này khá đơn giản và hiệu quả nhưng không giống cách thức xoay các khớp của con người (xoay đa tâm), làm giảm hoặc hạn chế chuyển động của những người mặc chúng.

Nhằm giải quyết vấn đề trên, một số nhà khoa học đã sử dụng kỹ thuật liên kết n-thanh để nối các thành phần xương với nhau. Các liên kết này có thể tái tạo một cách hiệu quả các chuyển động cụ thể của con ngườ, tuy nhiên việc sử dụng quá nhiều thanh sẽ dẫn đến cấu trúc xương ngoài lỏng lẻo và không ổn định. Sự thiếu ổn định này khiến bộ khung xương trợ lực không thích hợp để sử dụng trong phục hồi chức năng cho bệnh nhân bị thương hoặc liệt tứ chi.

Để khắc phục nhược điểm của n-thanh, nhóm nghiên cứu ở Đại học Giao thông Tây An đề xuất mô hình khớp dựa trên giải phẫu của khớp châu chấu, bao gồm một cặp bề mặt liên hợp và một phần thân kết nối linh hoạt.

Lấy cảm hứng từ cơ chế chuyển động của châu chấu, mô hình này cũng có thể tái tạo một cách hiệu quả cách thức di chuyển của cua và tôm hùm. Điều này cho thấy rằng mô hình phản ánh cấu trúc vật lý của hầu hết các loài động vật chân đốt.

Từ cơ sở trên, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một khớp nguyên mẫu cho bộ khung xương trợ lực. Qua một loạt các thí nghiệm để xác minh hiệu suất và các đặc tính động học, họ khẳng định tính khả thi của mô hình trong việc tạo ra các hệ thống robot sinh học.

Trong tương lai, mô hình khớp lấy cảm hứng từ động vật chân đốt có thể được sử dụng để chế tạo bộ khung xương trợ lực hiệu quả hơn hoặc các cấu trúc robot khác cho nhiều ứng dụng, bao gồm phục hồi chức năng hoặc nâng cao khả năng của con người, cho phép con người di chuyển tự do và tự nhiên hơn.

Diệu Huyền (CESTI) - Theo Techxplore.com