مبادئ كيريجامي تؤدي إلى اختراق في تصميم الروبوتات الدقيقة

شهدت السنوات الأخيرة تقدمًا كبيرًا في مجال الروبوتات الدقيقة، مما وسع حدود ما هو ممكن على المستوى الدقيق. وساهمت هذه التطورات في إمكانية حدوث اختراقات في مجالات مثل التطبيقات الطبية ومراقبة البيئة.

وقد ساهم باحثون في جامعة كورنيل في هذا الإطار، من خلال تطوير روبوتات دقيقة يمكنها تغيير شكلها عند الأمر.

وقد قاد الفريق بقيادة الأستاذ إيتاي كوهين من قسم الفيزياء في جامعة كورنيل، روبوتات دقيقة أقل من ملليمتر في الحجم يمكنها تغيير شكلها من شكل مسطح ثنائي الأبعاد إلى أشكال ثلاثية الأبعاد مختلفة.

تطبيق تقنيات كيريجامي في هندسة الروبوتات

تقع في قلب هذا الاختراق تطبيق مبتكر لمبادئ كيريجامي في تصميم الروبوتات. كيريجامي، وهو نوع من الأوريغامي الذي يتضمن القطع بالإضافة إلى الطي، قد ألهم المهندسين لإنشاء هياكل يمكنها تغيير شكلها بطرق دقيقة ومتنبئة.

في سياق هذه الروبوتات الدقيقة، تسمح تقنيات كيريجامي بدمج قطع وطيات استراتيجية في المواد. هذا النهج في التصميم يسمح للروبوتات بتغيير شكلها من حالة مسطحة إلى تكوينات ثلاثية الأبعاد معقدة، مما يعطيها مرونة غير مسبوقة على المستوى الدقيق.

وقد أطلق الباحثون على اختراعهم اسم “ميتاشيت روبوت”. والمراد bằng “ميتا” هنا هو المواد الميتامتريالية – المواد المصنعة التي تتمتع بخواص لا توجد في المواد الطبيعية.

تسمح تصميم الميتاشيت للروبوت بتغيير مساحته وتمتد أو تقلص محليًا بنسبة تصل إلى 40٪. القدرة على اتخاذ أشكال مختلفة تمكن هذه الروبوتات من التفاعل مع بيئتها بطرق لم تكن ممكنة من قبل على هذا النطاق.

المواصفات الفنية والوظائف

تم بناء الروبوت الدقيق كبلاط سداسي يتكون من حوالي 100 لوح من ثاني أكسيد السيليكون. هذه اللوحات متصلة بفواصل تحريك أكثر من 200، كل منها يبلغ سمكه حوالي 10 نانومتر.

تتحقق تحويل وحركة هذه الروبوتات من خلال التنشيط الكهروكيميائي. عند تطبيق تيار كهربائي عبر أسلاك خارجية، يؤدي ذلك إلى تشكيل الفواصل لتشكيل طيات جبلية وواديية.

من خلال تنشيط فواصل مختلفة، يمكن للروبوت اتخاذ تكوينات مختلفة. هذا يسمح له باللف حول الأجسام أو فتحها مرة أخرى في شكل ورقة مسطحة.

التطبيقات المحتملة والآثار

يفتح تطوير هذه الروبوتات الدقيقة التي يمكنها تغيير شكلها مجموعة من التطبيقات المحتملة عبر مختلف المجالات.

في مجال الطب، يمكن لهذه الروبوتات ثورة في الإجراءات الجراحية الدقيقة. يمكنها تغيير شكلها وتنقلها عبر الهياكل الجسدية المعقدة، مما يجعلها قيمة للغاية في التوصيل الدقيق للأدوية أو الجراحة الدقيقة.

في مجال العلوم البيئية، يمكن نشر هذه الروبوتات لمراقبة النظم البيئية أو الملوثات على المستوى الدقيق.

اتجاهات البحث المستقبلية

يتطلع فريق كورنيل بالفعل إلى المرحلة القادمة من هذه التكنولوجيا.

من بين مجالات البحث الجديدة، يأتي تطوير ما يسمى “مادة إلاسترونيك”. هذه المواد ستجمع بين الهياكل الميكانيكية المرنة مع التحكم الإلكتروني، مما يخلق مواد استجابة فائقة مع خواص تتجاوز تلك الموجودة في الطبيعة.

التحديات والاعتبارات

على الرغم من الإمكانيات المثيرة لاهتمام هذه الروبوتات الدقيقة، تظل هناك تحديات.

من بين هذه التحديات، يأتي تحدي تصنيع هذه الأجهزة على نطاق واسع مع الحفاظ على الدقة والموثوقية.

الخلاصة

يعد تطوير الروبوتات الدقيقة القادرة على تغيير شكلها من قبل باحثي جامعة كورنيل علامة فارقة في مجال الروبوتات وعلوم المواد.

من خلال تطبيق مبادئ كيريجامي ببراعة لإنشاء هياكل ميتاشيت، يفتح هذا الاختراق مجموعة واسعة من التطبيقات المحتملة، من الإجراءات الطبية الثورية إلى مراقبة البيئة المتقدمة.

尽管 تظل التحديات في التصنيع والتحكم والاعتبارات الأخلاقية، فإن هذا البحث يضع الأسس للابتكارات المستقبلية مثل المواد “إلاسترونيك”. مع استمرار تطور هذه التكنولوجيا، لديها القدرة على إعادة تشكيل صناعات متعددة وبيئتنا التكنولوجية الأوسع، مما يظهر مرة أخرى كيف يمكن للتقدم على المستوى الدقيق أن يؤدي إلى تأثيرات كبيرة على العلوم والمجتمع.