التطورات الكبيرة تقربنا من الروبوتات الناعمة غير المربوطة بالكامل

قام باحثون من مدرسة هارفارد جون أ. بولسون للهندسة والعلوم التطبيقية (SEAS) وكلية كاليفورنيا للتكنولوجيا بتطوير أنظمة روبوتية ناعمة جديدة مستوحاة من أوريغامي. هذه الأنظمة الجديدة قادرة على الحركة وتغيير الشكل استجابة للمحفزات الخارجية. وتقرب هذه التطورات الجديدة من وجود روبوتات ناعمة غير مربوطة بالكامل. تستخدم الروبوتات الناعمة التي نمتلكها اليوم الطاقة والتحكم الخارجيين، ونتيجة لذلك، يجب ربطها بنظم خارجية تحتوي على مكونات صلبة.

نشرت الأبحاث في مجلة ساينس روبوتيكس. وجينيفر أ. لويس، أستاذة هانسيورج وايس في الهندسة الملهمة بيولوجيا في SEAS وزميلة قيادية في الدراسة، تحدثت عن التطورات الجديدة.

“القدرة على دمج المواد النشطة داخل الأجسام المطبوعة ثلاثي الأبعاد تمكن من تصميم وتصنيع فئات جديدة تماما من المواد الناعمة الروبوتية”، قالت.

استخدم الباحثون أوريغامي كنموذج لإنشاء روبوتات ناعمة متعددة الوظائف. يمكن لأوريغامي، من خلال الطي المتسلسل، تغيير الشكل والوظائف المتعددة مع الحفاظ على هيكل واحد. استخدم فريق البحث مادة إلاستومر بلورية سائلة قادرة على تغيير الشكل عند التعرض للحرارة. استخدم الفريق طابعة ثلاثية الأبعاد للحصول على نوعين من المفاصل الناعمة. ت折 هذه المفاصل وفقا للحرارة، ويمكن برمجةها لطيها في ترتيب معين.

أردا كوتيكان هو طالب دراسات عليا في SEAS ودراسات عليا في كلية الآداب والعلوم وزميل أول في الورقة.

“باستخدام طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد للمفاصل النشطة، لدينا برمجة كاملة للرد على الحرارة، مقدار العزم الذي يمكن للمفاصل تطبيقه، زاوية الانحناء، وتوجيه الطي. طريقة التصنيع لدينا تسهل دمج هذه المكونات النشطة مع مواد أخرى”، قالت.

كونور ماكماون هو طالب دراسات عليا في كاليفورنيا للتكنولوجيا وزميل أول في الورقة.

“استخدام المفاصل يجعل من السهل برمجة الوظائف الروبوتية وسيطرة كيفية تغيير شكل الروبوت. بدلا من أن يتشوه جسم الروبوت الناعم بطرق يمكن أن تكون صعبة التنبؤ، تحتاج فقط إلى برمجة كيفية استجابة بضع مناطق صغيرة من هيكلك لتغيرات في الحرارة”، قال.

قام فريق الباحثين ببناء عدة أجهزة ناعمة. واحدة من هذه الأجهزة هي روبوت ناعم غير مربوط يسمى “رولبوت”. يبدأ كصفيحة مسطحة بطول 8 سم وعرض 4 سم. عندما يلمس سطحا ساخنا حول 200 درجة مئوية، ت折 مجموعة من المفاصل وتشكل الروبوت على شكل عجلة خماسية.

على كل جانب من جوانب العجلة، هناك مجموعات إضافية من المفاصل التي ت折 عندما يلمس سطحا ساخنا.

“تتطلب العديد من الروبوتات الناعمة الحالية ربطا بالطاقة والأنظمة الخارجية أو محدودة بكمية القوة التي يمكنها تطبيقها. المفاصل النشطة مفيدة لأنها تسمح للروبوتات الناعمة بالعمل في بيئات حيث لا تتوفر ربطات ورفع الأجسام التي تزن عدة مرات أكثر من المفاصل”، قال ماكماون.

ركزت هذه الأبحاث على الاستجابة للحرارة فقط. في المستقبل، سوف يتم دراسة الإلاستومر البلوري السائل بشكل أكبر لأنها قادرة أيضا على الاستجابة للضوء والرقم الهيدروجيني والرطوبة والمحفزات الخارجية الأخرى.

“تظهر هذه الأعمال كيف يمكن أن تؤدي مزيج البوليمرات المستجيبة في مركب معماري إلى مواد لها تحرك ذاتي استجابة لمحفزات مختلفة. في المستقبل، يمكن برمجة هذه المواد لأداء مهام أكثر تعقيدا، مما يضفي حدودا بين المواد والروبوتات”، قالت تشيارا دارايو، أستاذة الهندسة الميكانيكية والفيزياء التطبيقية في كاليفورنيا للتكنولوجيا وزميلة قيادية في الدراسة.

شملت الأبحاث أيضا مساهمات من إميلي سي ديفيدسون، جاليلاه إم محمد، وروبرت دي ويكس. تم دعم العمل من قبل مكتب أبحاث الجيش، مركز هارفارد للبحوث العلمية والهندسية من خلال مؤسسة العلوم الوطنية، وزمالة تقنية الفضاء التابعة لناسا.