MIT Beyin ve Bilişsel Bilimler Bölümünden bir araya gelen araştırma ekibi en karmaşık adaptasyon süreçlerinden birini barındıran insan yürüyüşünün yeni bir modellemesini oluşturdu.
İnsan yürüyüşü, bilimsel araştırmaların uzun süredir ilgisini çeken karmaşık bir motor becerisi. Bu ilgi, 20. yüzyılın ortalarından itibaren rehabilitasyon ve robotik alanlarındaki gelişmelerle çok daha somut hale geldi.
Özellikle savaş gazilerinin protezlere adapte edilmesi veya felçli hastaların yeniden yürüyebilmesini sağlamak üzere geliştirilen ilk rehabilitasyon robotları, bu alanın temellerini attı. Günümüzde, yürüyüş gibi karmaşık mekanizmaların sadece bireysel sağlıkla ilgili bir mesele olmadığı, aynı zamanda çeşitli teknolojik gelişmelere öncülük eden bir alan olduğu kabul ediliyor.
MIT Beyin ve Bilişsel Bilimler Bölümünden Doç. Dr. Nidhi Seethapathi ve ekip arkadaşlarının yürüttüğü yeni bir çalışma, insan yürüyüşünü anlamak için geliştirilen en kapsamlı modellerden birini sunuyor.
Kasım ayında Nature Communications dergisinde yayınlanan bu çalışma, insanın karmaşık yürüyüş ortamlarına (zeminlerine) nasıl uyum sağladığını ve bu sürecin denge kaybı ya da hata zincirlerine yol açmadan nasıl gerçekleştiğini ele alıyor.
Çalışma ekibi, adaptasyon süreçlerini hem kısa vadeli hem de uzun vadeli etkileriyle inceleyen yeni bir teorik model ortaya koydu. Bu model, sadece insanların yürüyüş davranışını anlamaya değil, aynı zamanda rehabilitasyon, sensorimotor öğrenme ve giyilebilir robotların kontrolü gibi çeşitli uygulamalara da rehberlik edecek şekilde tasarlandı.
Yürümek göründüğünden daha kamaşık
Araştırmacılar, insan yürüyüşünü anlamak için çeşitli deneyler ve modeller kullandı. Daha önceki çalışmalar genellikle bir nesneye uzanmak gibi episodik ve sınırlı görevler üzerine yoğunlaşmıştı. Ancak Seethapathi’nin liderliğindeki çalışma, bölüm bölüm tamamlanan bu tür episodik görevlerin aksine, yürüyüş gibi sürekli ve uzun vadeli bir aktiviteye odaklandı. Yürüyüş esnasında yapılabilecek hataların zincirleme etkileri olabileceği için bu tür sürekli adaptasyon görevleri çok daha büyük bir karmaşıklık taşıyor. Araştırmada geliştirilen model, bu adaptasyon süreçlerini hem matematiksel hem de biyolojik yönleriyle ele alarak, öngörülebilir ve uygulamalı bir sistem sunuyor.
Araştırmanın önemli bir bölümü, modeli test etmek ve doğrulamak için yapılan deneylerden oluşuyor. Örneğin, split-belt olarak adlandırılan ve her iki bandın farklı hızlarda hareket ettiği yürüyüş bantlarında insanların yürüyüş davranışları analiz edildi.
Bu testler, yürüyen kişilerin ayaklarına farklı ağırlıklar ekleme ya da dış iskelet kullanımı gibi yenilikçi uygulamalarla da desteklendi. Model, sadece bu yeni deneylerdeki adaptasyon davranışını başarıyla tahmin etmekle kalmadı, aynı zamanda daha önce gerçekleştirilmiş 10 farklı çalışmanın sonuçlarını da doğruladı.
Bu çalışmanın potansiyel uygulama alanları oldukça geniş. Rehabilitasyon programlarında, felç ya da kas-iskelet sistemi rahatsızlıkları bulunan hastaların yürüyüş kapasitelerini geliştirmek için bu modelin kullanılabileceği düşünülüyor. Giyilebilir dış iskelet sistemleri ve protezler, bireylerin hareket kabiliyetlerini desteklemek için bu modeli temel alabilir. Örneğin, model, bir hastanın bir dış iskelete nasıl adapte olacağını öngörebilir ve bu adaptasyon sürecini daha hızlı ve etkili hale getirebilir. Günümüzde insan-robot adaptasyonu, oldukça yoğun bir deneysel süreç gerektirirken, bu model, bu sürecin hızlanmasına yardımcı olabilir.
Tarihsel olarak bakıldığında, bu alandaki ilk çalışmaların savaş sonrası rehabilitasyon programlarından esinlendiği görülüyor. Protez kullanan bireylerin yürüyüş dengesini geliştirmek üzere tasarlanan cihazlar, bugünün robotik rehabilitasyon sistemlerine giden yolun temelini attı. Bununla birlikte, giyilebilir dış iskeletler ve yapay zeka destekli adaptasyon sistemleri, 21. yüzyılda çok daha yaygın bir hale geldi. Özellikle makine öğrenmesi (machine learning) ve veri analitiği teknikleri sayesinde, bu sistemler bireysel kullanıcıların hareket kabiliyetine özel olarak optimize edilebiliyor.
Dr. Seethapathi ve ekibinin çalışması, insan yürüyüşünü anlamak ve optimize etmek isteyen bilim insanlarına yeni bir bakış açısı sunuyor. Bu modelin gelecekte giyilebilir teknolojilerden, biyonik protezlere, hatta spor performansını iyileştirme çalışmalarına kadar birçok alanda fark yaratması bekleniyor. Araştırmacılar, bu teorik temelin pratik uygulamalarını geliştirerek, insanların hareket kabiliyetini hem bireysel hem de toplumsal düzeyde dönüştürebilecek bir potansiyele sahip olduğunu vurguluyor.
Kaynak: MIT
