باحثون يطورون مجموعات من الروبوتات الدقيقة التي تتحرك في تشكيلات مرغوبة

فريق من الباحثين من مؤسسات مختلفة بما في ذلك معهد ماكس بلانك للنظم الذكية (MPI-IS) وجامعة كورنيل وجامعة شانغهاي جيا تونغ طوروا مجموعات من الروبوتات الدقيقة التي يمكن أن تتحرك في أي تشكيل مرغوب.

كانت الأبحاث بقيادة جاوراف جاردي وأستاذ متين سيتي من MPI-IS وستيفن سيرون وأستاذ كيرستين بيترسون من كورنيل وأستاذ ويندونغ وانغ من جامعة شانغهاي جيا تونغ.

نشرت الأبحاث تحت عنوان ” مجموعات الروبوتات الدقيقة مع مورفولوجيا وتصرفات ووظائف قابلة للتكوين ” في نيتشر كوميونيكيشنز.

إعادة تكوين الجسيمات الصغيرة

الجسيمات الصغيرة قادرة على إعادة تكوين سلوك السرب بسرعة. عند الطفو على سطح الماء ، يمكن أن تتحرك الأقراص الروبوتية الدقيقة في دوائر ، ورقص حول ، وتنتشر مثل الغاز ، وتتجمع معًا ، أو تتخذ خطًا مستقيمًا.

كل روبوت فردي أكبر قليلاً من عرض الشعر البشري ، وهي مطبوعة ثلاثية الأبعاد باستخدام البوليمر قبل تغطيتها بطبقة رقيقة من الكوبالت. يمنح المعدن الروبوتات الدقيقة القدرة على أن تصبح مغناطيسية صغيرة ، بينما تُنشئ الأسلاك الملفوفة مجالًا مغناطيسيًا عندما يتدفق التيار الكهربائي من خلالها. يسمح المجال المغناطيسي للجسيمات بالتحرك بدقة حول بركة ماء بعرض سنتيمتر واحد.

مثال مثير للإعجاب هو عندما تتخذ الروبوتات شكل خط ، يمكن للباحثين بعد ذلك تحريكه حولها لكتابة الحروف في الماء.

تأثر تطوير روبوتات السرب بالسلوك الجماعي وأنماط السرب في الطبيعة ، مثل قطيع من الطيور. ازدادت شعبية تنفيذ سلوك السرب في الروبوتات في الآونة الأخيرة.

ومع ذلك ، عندما يكون الجسيم الفردي صغيرًا جدًا للحوسبة ، أو يكون الروبوت بعرض 300 ميكرومتر فقط ، لا يمكن برمجة الخوارزمية. من أجل تعويض ذلك ، يعتمد الباحثون على ثلاث قوات مختلفة. القوة الأولى هي القوة المغناطيسية ، التي تحدث عندما يجذب مغناطيسان مع قطبين متعاكسين أو يتنافران قطبان متشابهان.

القوة الثانية هي البيئة السائلة ، أو الماء حول الأقراص. يمكن رؤية ذلك عندما يسبح الجسيمات في دوامة من الماء ، مما يؤدي إلى إزاحة الماء وتغيير الجسيمات المحيطة الأخرى. يحدد سرعة الدوامة والقوة المغناطيسية كيفية تفاعل الجسيمات.

ت涉ل القوة الثالثة جسيمين يطفوان بجانب بعضهما البعض ، مما يؤدي غالبًا إلى تجمعهم معًا. يتم انحناء سطح الماء بطريقة تجعلهم يأتون معًا.

توجيه الروبوتات

استخدم الباحثون جميع هذه القوات لإنشاء نمط متحرك جماعي ومنسق لآلاف الروبوتات الدقيقة ك نظام واحد. يمكن للعلماء توجيه الروبوتات من خلال حديقة ترفيهية مع عرض التشكيل الذي يناسب أفضل عقبة معينة. على سبيل المثال ، سوف تتخذ الروبوتات الدقيقة خطًا مفردًا لل passing من خلال ممر ضيق.

يمكن للروبوتات تحقيق عدة أوضاع حركة و تشكيلات مختلفة ، والتي تتحقق من خلال الحوسبة الخارجية. يتم برمجة الخوارزمية لإنشاء مجال مغناطيسي ، إما دوار أو متذبذب ، ويؤدي ذلك إلى حركة مرغوبة للروبوتات.

جاوراف جاردي هو طالب دكتوراه في قسم الذكاء الفيزيائي في MPI-IS. هو واحد من المؤلفين الرئيسيين للدراسة جنبًا إلى جنب مع ستيفن سيرون.

“اعتمادًا على كيفية تغييرنا للمجالات المغناطيسية ، تتحرك الأقراص بشكل مختلف” ، يقول جاوراف جاردي. “نحن نضبط قوة واحدة ثم أخرى حتى نحصل على الحركة التي نريدها. إذا كنا نغيّر المجال المغناطيسي داخل الأسلاك بسرعة كبيرة جدًا ، تكون القوة التي تسبب حركة الماء قوية جدًا وتنحرف الأقراص عن بعضها البعض. إذا كنا نغيّر ببطء شديد ، تكون القوة التي تجذب الجسيمات قوية جدًا. نحن بحاجة إلى إيجاد توازن بين الثلاثة.”

يعمل الباحثون في هذا المجال أيضًا على جعل هذه المجموعات من الروبوتات الدقيقة أصغر.

“رؤيتنا هي تطوير نظام أصغر حجماً مصنوع من جسيمات بحجم ميكرومتر واحد فقط. يمكن أن تدخل هذه المجموعات الجسم البشري وتتحرك عبر بيئات معقدة لتسليم الأدوية ، على سبيل المثال ، لحظر أو إزالة الانسداد ، أو لتحفيز منطقة صعبة الوصول” ، يقول جاردي.

متين سيتي يترأس قسم الذكاء الفيزيائي.

“مجموعات الروبوتات مع انتقالات قوية بين سلوكيات الحركة نادرة جدًا. ومع ذلك ، فإن هذه الأنظمة المتعددة الاستخدامات مفيده لتشغيلها في بيئات معقدة. نحن سعداء جدًا لأننا نجحنا في تطوير مثل هذه المجموعة القابلة للتكوين والمتوافرة عند الطلب. نرى بحثنا كخطة ل будущ التطبيقات البيولوجية الطبية ، أو العلاجات الغازية بشكل بسيط ، أو إزالة التلوث البيئي” ، يقول متين سيتي.