مهندسون يطورون روبوتًا إلكترونيًا خاليًا يمكنه مراقبة ظروف المياه

فريق من المهندسين في جامعة ديوك طور روبوتًا جديدًا خاليًا من الإلكترونيات، ويمكنه أن يلعب دورًا كبيرًا في مراقبة الظروف البيئية في المستقبل. يُشبه الروبوت اليعسوب، ويمكنه الانزلاق على الماء مع الاستجابة للظروف البيئية مثل الأس الهيدروجيني، ودرجة الحرارة، وحضور النفط.

تمت مناقشة هذا الإثبات الجديد للبرهنة في مجلة نظم ذكية متقدمة في 25 مارس.

الروبوتات الناعمة لا تزال تتطور وتحسن، وتزداد أهمية بفضل مرونتها. وهي قادرة على التعامل مع الأجسام الهشة مثل الأنسجة البيولوجية، ويمكنها أن تناسب في مساحات أضيق مقارنة بالروبوتات الصلبة الأخرى.

شيني فارغيز، التي قامت بفكرة الروبوت، هي أستاذة في الهندسة البيولوجية، والهندسة الميكانيكية، وعلوم المواد، وعلوم الجراحة العظمية في جامعة ديوك.

فاردام كومار هو طالب دكتوراه في مختبر فارغيز،และมؤلف رئيسي للورقة.

“تلقيت بريدًا إلكترونيًا من شيني من المطار يقول إن لديها فكرة لروبوت ناعم يستخدم هيدروجيل ذاتي الشفاء الذي اخترعته مجموعتها في الماضي للاستجابة والحركة بشكل مستقل،” قال كومار. “لكن ذلك كان مدى البريد الإلكتروني، ولم أسمع منها مرة أخرى لعدة أيام. لذلك بقيت الفكرة في حالة من عدم اليقين حتى أتيحت لي فرصة لمتابعتها، وقالت شيني اذهب وافعلها.”

هيدروجيل ذاتي الشفاء

في عام 2012، طور مختبر فارغيز هيدروجيلًا ذاتي الشفاء يمكنه الاستجابة لتغيرات الأس الهيدروجيني في غضون ثوان. يتسبب تغير في الحمضية في تكوين روابط جديدة على الهيدروجيل، ويمكن عكس ذلك عند عودة الأس الهيدروجيني إلى مستوى الأصل.

كان جزء من فكرة فارغيز الجديدة هو استخدام الهيدروجيل على روبوت ناعم لتمكينه من السفر عبر الماء مع الكشف عن تغيرات الأس الهيدروجيني في أماكن مختلفة. لقد بحثت عن طريقة لتمكين مختبرها من تطوير هذا النوع من الروبوت الذي يتصرف مثل مستشعر بيئي مستقل.

انضم إليه أنج هيون كو، زميل ما بعد الدكتوراه في مختبر فارغيز، وقام كومار بتصميم روبوت ناعم مستوحى من الحشرة. بعد عدة محاولات، قرر الفريق على شكل يعسوب، وتم هندسته بشبكة من القنوات الدقيقة الداخلية التي تمكنه من التحكم بالضغط الجوي.

جسم الروبوت الناعم يبلغ طوله حوالي 5.7 سم، وطول جناحيه يبلغ 3.5 سم. تم إنشاؤه عن طريق صب السيليكون في قالب ألمنيوم قبل طهيه. تم الاعتماد على الليثوغرافيا الناعمة لإنشاء قنوات داخلية متصلة bằng أنابيب سيليكون.

https://www.youtube.com/watch?v=bTjZQMvagJ8&t=2s

دروبوت

الروبوت الناعم الناتج تمت تسميته دروبوت.

“جعل دروبوت يستجيب للضغط الجوي على مسافات طويلة باستخدام فقط المحركات الذاتية دون أي إلكترونيات كان صعبًا،” قال كو. “ذلك كان بالتأكيد الجزء الأكثر تحديًا.”

دروبوت يتحكم في الضغط الجوي الذي يدخل إلى جناحيه، ثم تحمل القنوات الجوية إلى الجناح الأمامي. ثم يخرج من خلال ثقوب موجهة مباشرة إلى الجناح الخلفي. دروبوت لن يتحرك إذا تم حظر تدفق الهواء بواسطة كلا الجناحين الخلفيين. ومع ذلك، إذا كان كلا الجناحين مرفوعين، فإنه يتحرك إلى الأمام.

كما طور الفريق محركات بالونات لتوفير مزيدًا من التحكم، وتقع تحت كل جناح خلفي بالقرب من جسم الروبوت. عندما يتم نفخها، يتكور الجناح向 الأعلى، ويمكن للباحثين التحكم في اتجاه الروبوت عن طريق تغيير الجناحين المرفوعين أو المنخفضين.

“كنا سعداء عندما تمكنا من التحكم في دروبوت، ولكنه يستند إلى الأشياء الحية،” قال كومار. ” والأشياء الحية لا تتحرك فقط حولها، بل تستجيب أيضًا للبيئة المحيطة بها.”

استخدم الفريق الهيدروجيل الذاتي الشفاء عن طريق طلاء مجموعة واحدة من الأجنحة به، مما جعل دروبوت يستجيب لتغيرات الأس الهيدروجيني في الماء. إذا كان الماء حمضيًا جدًا، فإن الجناح الأمامي يلتصق بالجناح الخلفي، مما يسبب في دوران الروبوت في دائرة بدلاً من التحرك بشكل مستقيم. بعد عودة الأس الهيدروجيني إلى مستوى正常، ي đảo الهيدروجيل ويتحرر الجناح مرة أخرى، مما يسمح لدروبوت بالاستجابة بشكل كامل للأوامر.

أضاف الباحثون أيضًا مواد مستجيبًا للحرارة، مما يسمح لدروبوت بالانزلاق على الماء وامتصاص النفط بواسطة إسفنجات. يتغير لون الإسفنجات وفقًا للون النفط، وعندما يكون الماء دافئًا جدًا، يتغير لون أجنحة الروبوت أيضًا.

التطورات الجديدة قد تساعد في مكافحة المشاكل البيئية في المستقبل. على سبيل المثال، يمكن لروبوت من هذا النوع الكشف عن حموضة المياه العذبة، والتي تؤثر على مناطق حساسة جيولوجيًا مختلفة. كما يمكن أن يساعد في الكشف المبكر عن تسربات النفط أو الكشف المبكر عن علامات حمراء وتبييض الشعب المرجانية.