الروبوتات
مهندسون يطورون روبوتًا إلكترونيًا بدون إلكترونيات يمكنه مراقبة ظروف المياه
فريق من المهندسين في جامعة ديوك طور روبوتًا لينًا جديدًا بدون إلكترونيات يمكنه لعب دور كبير في مراقبة الظروف البيئية في المستقبل. يأخذ الروبوت شكل اليعسوب، ويمكنه الانزلاق عبر الماء أثناء استجابته للظروف البيئية مثل الأس الهيدروجيني ودرجة الحرارة ووجود النفط.
تم توضيح هذا الإثبات الجديد للبرهنة في مجلة نظم ذكية متقدمة في 25 مارس.
تواصل الروبوتات اللينة في التقدم والتحسين، وتزداد أهميتها بفضل مرونتها. يمكنها التعامل مع الأجسام الهشة مثل الأنسجة البيولوجية، ويمكنها أن تتناسب مع مساحات أكثر ضيقًا مقارنة بالروبوتات الصلبة الأخرى.
شيني فارغيز هي المسؤولة عن الفكرة، وهي أستاذة في الهندسة الحيوية والهندسة الميكانيكية وعلوم المواد والجراحة العظمية في جامعة ديوك.
فاردام كومار هو طالب دكتوراه في مختبر فارغيز و هو مؤلف رئيسي للورقة.
“تلقيت بريدًا إلكترونيًا من شيني من المطار يقول إنه لديه فكرة لروبوت لين يستخدم هيدروجيل ذاتي العلاج الذي اخترعته مجموعته في الماضي للاستجابة والحركة بشكل مستقل”، قال كومار. “لكن هذا كان مدى البريد الإلكتروني، ولم أسمع من جديد حتى مرت أيام. لذلك بقيت الفكرة في حالة من الجمود لبعض الوقت حتى لدي وقت فراغ كافٍ لمتابعتها، وقالت شيني اذهب لها”.
هيدروجيل ذاتي العلاج
في عام 2012، طور مختبر فارغيز هيدروجيلًا ذاتي العلاج يمكنه الاستجابة لتغيرات الأس الهيدروجيني في غضون ثوان. يؤدي تغير الحمض إلى تكوين روابط جديدة على الهيدروجيل، ويمكن عكسه عند عودة الأس الهيدروجيني إلى مستوى الأصلي.
كان جزء من فكرة فارغيز الجديدة هو استخدام الهيدروجيل على روبوت لين لتمكينه من السفر عبر الماء أثناء كشف التغيرات في الأس الهيدروجيني في أماكن مختلفة. سعت إلى طريقة لمختبرها لتطوير هذا النوع من الروبوتات التي تعمل مثل مستشعر بيئي مستقل.
انضم إلى كومار أونغ هيون كو، وهو باحث ما بعد الدكتوراه في مختبر فارغيز، وقام بتصميم روبوت لين مستوحى من الحشرات. بعد محاولات متعددة، قرر الفريق شكل اليعسوب، وتم تصميمه بشبكة من القنوات الدقيقة الداخلية التي تمكنه من التحكم بالضغط الجوي.
يبلغ طول جسم الروبوت اللين حوالي 2.25 بوصة، ويمتد جناحاه إلى 1.4 بوصة. تم إنشاؤه عن طريق صب السيليكون في قالب من الألومنيوم قبل طهيه. تم الاعتماد على الليثوغرافيا اللينة لإنشاء قنوات داخلية متصلة bằng أنابيب سيليكون.
https://www.youtube.com/watch?v=bTjZQMvagJ8&t=2s
دروبوت
تم تسمية الروبوت اللين الناتج باسم دروبوت.
“الحصول على دروبوت للاستجابة للتحكم بالضغط الجوي على مسافات طويلة باستخدام محركات ذاتية دون إلكترونيات كان صعبًا”، قال كو. “ذلك كان بالتأكيد الجزء الأكثر تحديًا”.
يدعم دروبوت ضغط الهواء الذي يدخل جناحيه، وتحمل القنوات الدقيقة الهواء 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، يتحرك إلى الأمام.
كما طور الفريق محركات بالون لتوفير المزيد من التحكم، وتقع تحت كل من الجناحين الخلفيين بالقرب من جسم الروبوت. عندما يتم نفخها، يتكور الجناح向ًا لأعلى، ويمكن للباحثين التحكم في مكان ذهاب 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 بمفردها، بل تستجيب لبيئتها”.
استخدم الفريق الهيدروجيل الذاتي العلاج عن طريق طلاء مجموعة واحدة من الأجنحة به، مما جعل دروبوت مستجيبًا لأي تغييرات في الأس الهيدروجيني للماء. إذا كان الحمض قويًا جدًا، يلتصق الجناح الأمامي بجناح الخلف، مما يسبب في دوران الروبوت في دائرة بدلاً من التحرك بشكل مستقيم. عندما يعود الأس الهيدروجيني إلى مستوى正常، يعكس الهيدروجين ويتفرق الجناح مرة أخرى، مما يسمح لدروبوت بالاستجابة بشكل كامل للأوامر.
أضاف الباحثون أيضًا مواد مستجيبًا للحرارة، مما يسمح لدروبوت بالانزلاق فوق الماء وامتصاص النفط بالاسفنج. يتغير لون الاسفنج وفقًا للون النفط، وعندما يكون الماء دافئًا جدًا، يتغير لون جناحي الروبوت أيضًا.
يمكن أن تساعد التطورات الجديدة في مكافحة المشاكل البيئية في المستقبل. على سبيل المثال، يمكن لروبوت مثل هذا أن يكتشف حمضنة المياه العذبة، والتي تؤثر على مناطق حساسة جيولوجيًا. يمكنه أيضًا مساعدة في الكشف المبكر عن تسرب النفط أو الكشف عن علامات مبكرة للاحمرار والتهاب الشعاب المرجانية.
