طرح حرکت در عمل برخاستن از صندلی بر اساس تقسیم حرکت به زیرکارهای آن
چکیده
در سال های اخیر، شبیه سازی عملکرد سیستم اعصاب مرکزی در طرح و کنترل حرکات، توجه و علاقه بسیاری از محققین در عرصه علوم اعصاب و مهندسی پزشکی را به خود جلب کرده است. شناخت رفتار سیستم اعصاب مرکزی و راهبردهای اتخاذ شده توسط آن در تولید حرکت، می تواند نقش موثری در بهبود روش های توان بخشی و شناخت اختلالات حرکتی ایفا کند. بر این اساس و در مطالعه حاضر، مدلی محاسباتی جهت توصیف عملکرد سیستم اعصاب در طرح حرکت برخاستن از صندلی، به عنوان یک حرکت چالش برانگیز، ارائه شده است. در اولین قدم، این فرضیه مطرح است که سیستم اعصاب مرکزی در طرح حرکات پیچیده، آنها را به حرکات ساده تر (فازهای حرکتی) تفکیک می کند. با توجه به این فرضیه و بر اساس رویکردی نوین، پایه های سازنده حرکت در هر فاز حرکتی از درون داده های ثبت شده آزمایشگاهی استخراج شده، و با الگوهای جرک کمینه مورد مقایسه قرار گرفته است. بر اساس شواهد، به نظر می رسد سیستم اعصاب مرکزی در هر فاز حرکتی سیاست جرک کمینه را در نظر می-گیرد. همچنین، با ارائه یک مدل مبتنی بر بهینه سازی بر اساس یک ساختار جدید، نشان داده شد که بر خلاف روش های پیشین، در نظر گرفتن توابع هدف متمایز و متناسب با هر فاز حرکتی، روش مناسب تری جهت توصیف حرکات پیچیده همچون بر خاستن از صندلی است. گویی که سیستم اعصاب مرکزی در هر فاز حرکتی، راهبرد متناسب با همان فاز را اتخاذ می کند. با این وجود، مدل-های مبتنی بر بهینه سازی به دلیل محدودیت هایی از قبیل حجم محاسباتی بالا، در بیان برخی از جنبه های طرح حرکت در سیستم اعصاب ناتوان هستند. قابلیت این سیستم در طرح گستره وسیعی از حرکات در همان تلاش اول، نشان می دهد که نیازی به درگیر شدن در یک فرآیند بهینه سازی برای تولید هر حرکت وجود ندارد. از این رو، در مرحله دیگری از مطالعه حاضر، یک ساختار مدولار و سلسله مراتبی جهت توصیف عملکرد سیستم اعصاب در طرح حرکات چند فازی تحت شرایط متعدد ارائه شده است. این ساختار که از چهار بخش عملکردی با عنوان مدول های تخمین گر سینماتیک، مدول تخمین گر زمان، مدول تعیین مسئولیت و شبکه مبتنی بر اجزای حرکتی تشکیل شده است، این قابلیت را دارد که با استفاده از تجربیات گذشته، حرکت را در شرایط محیطی جدید طرح نماید. ارزیابی ساختار ارائه شده در دو مرحله صورت گرفته است؛ با استفاده از مدل مبتنی بر بهینه سازی و با استفاده از حرکات ثبت شده در آزمایشگاه. نتایج نشان می دهد که تجزیه حرکت به فازهای حرکتی و استفاده از یک ساختار مدولار، می-تواند قابلیت طرح حرکت به صورت بلادرنگ، بهینه و تحت شرایط محیطی مختلف را فراهم سازد. دقت بالای مدل در مقایسه با مدل های دیگر، نیاز محاسباتی اندک به همراه شواهد رفتاری و نوروفیزیولوژیکی فراوان در حمایت از ساختار مدل، بیان گر آن است که سیستم اعصاب مرکزی، به احتمال فراوان از یک ساختار مدولار و سلسله مراتبی در طرح حرکات بهره می گیرد. از این رو، مفاهیم مهم ارائه شده در این مطالعه همچون تفکیک فازهای حرکتی، در نظر گرفتن توابع هدف متفاوت برای هر فاز حرکتی و ساختار طراح مسیر مدولار و سلسله مراتبی، می توانند در طراحی ربات های انسان نما و یا در کاربردهای دیگر رباتیکی مورد استفاده قرار گیرند.