ثورة في استكشاف المحيطات: روبوت بليوبوت في جامعة براون يكشف أسرار المحيط

تخيل شبكة متقدمة من الروبوتات المتصلين، والمتحكم فيها ذاتيا. تعمل في وئام، مثل باليه مائي معقد، وتتنقل في أعماق المحيط المظلمة، وت执行 مسوحات علمية مفصلة وعمليات البحث والإنقاذ عالية الخطورة. هذا المنظور المستقبلي يصبح أقرب إلى الواقع، بفضل الباحثين في جامعة براون، الذين يرائسون تطوير نوع جديد من روبوتات الملاحة تحت الماء. واحدة من هذه المنصات الروبوتية، تسمى بليوبوت، هي نجم دراستهم المنشورة حديثا في التقارير العلمية.

كريل، تلك القشريات الصغيرة التي تلعب دورا حاسما في النظم البيئية البحرية، هي سباحون استثنائيون بقدرات فريدة في المناورة والتسارع والتحول. وقد ألهمت قدراتهم الرياضية الباحثين في جامعة براون لتطوير بليوبوت – منصة روبوتية تتكون من ثلاثة أقسام متصلة تعكس نمط السباحة المتسلسل المميز للكريل.

“بليوبوت يمنحنا دقة وسيطرة غير مسبوقة لتحقيق جميع جوانب السباحة مثل الكريل التي تساعدها على التميز في المناورة تحت الماء”، يقول سارة أوليفيرا سانتوس، مرشحة الدكتوراه في مدرسة الهندسة بجامعة براون والكاتبة الأولى للدراسة.

يتطلع فريق البحث إلى استخدام بليوبوت كأداة شاملة لفهم السباحة مثل الكريل واستغلال إمكانات 100 مليون سنة من التطور لتصميم روبوتات أفضل للملاحة البحرية.

ميكانيكا بليوبوت: تمثيل عجائب السباحة مثل الكريل

مشروع بليوبوت هو تعاون دولي بين جامعة براون والجامعة الوطنية المستقلة في المكسيك. يعملون معا على فك لغز كيفية سباحة الكريل، المعروفة بالسباحين المتسلسلين، في بيئات بحرية معقدة وإجراء هجرات رأسية هائلة تصل إلى أكثر من 1000 متر مرتين يوميا – ما يعادل積 ثلاثة أبراج إمباير ستيت.

“لدينا لقطات من الآليات التي يستخدمونها للسباحة بكفاءة، ولكننا لا نمتلك بيانات شاملة”، يشرح نيلز تاك، زميل ما بعد الدكتوراه في مختبر ويلهلموس بجامعة براون.

قام الفريق ببناء وبرمجة بليوبوت لتمثيل حركات ساقي الكريل بدقة وتغيير شكل الزوائد، مما يوفر فهمًا جديدًا وأكثر深اسة للتفاعلات بين السوائل والهياكل على مستوى الزوائد.

ريادة مستقبل المركبات البحرية المستقلة

وفقا للباحثين، يسمح السباحة المتسلسل للكريل بالمناورة بشكل ملحوظ، مع展示 لتسلسل تنفيذ ساقي السباحة في حركة موجية. هذه الخاصية هي شيء يعتقدون أنه يمكن دمجه في أنظمة السرب القابلة للنشر في المستقبل. تقول مونيكا مارتينيز ويلهلموس، أستاذ مساعد في الهندسة بجامعة براون، “القدرة على فهم التفاعلات بين السوائل والهياكل على مستوى الزوائد ستمكننا من اتخاذ قرارات مدروسة بشأن التصاميم المستقبلية”.

يمكن أن تشارك السرب الروبوتية المستقبلية في رسم خرائط محيطات الأرض، والمشاركة في عمليات البحث والإنقاذ الشاملة، أو حتى استكشاف محيطات القمر في نظامنا الشمسي، مثل أوروبا. يضيف ويلهلموس، “تجمعات الكريل هي مثال ممتاز للسرب في الطبيعة… هذه الدراسة هي نقطة البداية لهدفنا البحثي طويل الأمد لتطوير الجيل التالي من المركبات البحرية المستقلة الحساسة”.

أهمية تصميم بليوبوت

يتضمن بناء بليوبوت فريقا متعددا التخصصات متخصصا في ميكانيكا السوائل والبيولوجيا والميكاترونكس. تتكون مكوناته في الغالب من قطع قابلة للطباعة ثلاثية الأبعاد، والتصميم مفتوح المصدر. لقد قام الباحثون بتمثيل حركة فتح وإغلاق زوائد الكريل الثنائية، التي يعتقد أنها الأولى من نوعها لهذه المنصة. يتم بناء النموذج بمقياس عشرة أضعاف حجم الكريل، والتي عادة ما تكون بحجم مشبك ورقي، مما يسمح بالملاحظة والتحليل الدقيقين.

“في الدراسة المنشورة، كشفنا عن إجابة واحدة من العديد من الآليات غير المعروفة لسباحة الكريل: كيف يولّدون الرفع لكي لا يغرقوا أثناء السباحة إلى الأمام”، يقول أوليفيرا سانتوس. “كنا قادرين على كشف هذا الآلية باستخدام الروبوت”، يضيف يونكسينغ سو، زميل ما بعد الدكتوراه في المختبر. اكتشفوا أن منطقة ضغط منخفض في الجزء الخلفي من ساقي السباحة تساهم في تعزيز قوة الرفع خلال الدفع القوي لساقي الحركة، وهو اكتشاف حاسم لفهم وتمثيل سباحة الكريل بكفاءة.

يعمل فريق جامعة براون الرائد مع بليوبوت على تحقيق قفزة كبيرة إلى الأمام في سعي تطوير الجيل التالي من المركبات البحرية المستقلة الحساسة. وتظهر الإمكانيات وكأنها واسعة مثل المحيطات التي تهدف هذه الروبوتات إلى استكشافها.