علماء يبتكرون روبوتات خفيفة تشبه عنكبوتًا

قام علماء في معهد ماكس بلانك للأنظمة الذكية في ألمانيا وفي جامعة كولورادو بولدر في الولايات المتحدة بتطوير روبوتات خفيفة جديدة باستخدام مبادئ مفاصل العنكبوت.

نشرت الأبحاث تحت عنوان “محركات كهروهيدروليكية مستوحاة من العنكبوت لمفاصل سريعة ومرنة” في مجلة Advanced Science.

غالبًا ما يُستخدم العنكبوت ك nguồn إلهام في مجال الروبوتات، خاصة لأنها تتحرك بأطرافها من خلال آليات التنشيط الهيدروليكي عند الصيد، والتي يحاول العلماء تنفيذها في الروبوتات.

باستخدام هذه المبادئ، تمكن فريق العلماء من تشغيل روبوتات مفصلية بدون مكونات ثقيلة وموصلات، مما يساعد على تجنب وزنها الزائد وزيادة المحمولية والسرعة.

بسبب البنية الخفيفة البسيطة المستخدمة في بنائها، يمكن للروبوت القفز 10 مرات ارتفاعه.

https://www.youtube.com/watch?v=XtZSv7ZcoxY

مفاصل SES

استند العلماء إلى مفاصل SES الكهروهيدروليكية المرنة، أو مفاصل SES، لتحقيق الأداء العالي في الروبوتات. يمكن تكوين المفاصل بطرق مختلفة، حتى خارج روبوت عنكبوتي.

تفاصيل ورقة البحث مفصلًا ثنائي الاتجاه، وذراعًا اصطناعيًا متعددة القطع، ومقبضًا ثلاثي الأصابع، يمكن استخدامه للاختباء والتقاط الأشياء. جميع الإبداعات المختلفة لها سمات مماثلة. إنها خفيفة و简单 وتمتلك أداءً عاليًا، مما يجعلها مفيدة لأنظمة روبوتية تتطلب حركة سريعة وتتفاعل مع بيئات مختلفة.

استندت مفاصل SES إلى تقنية HASEL التي اخترعها الفريق سابقًا لبناء عضلات اصطناعية. تمثل مفاصل SES آلية هيكل خارجي يحتوي على عناصر صلبة وأقل صلابة، مشابهة للطريقة التي يمد بها العنكبوت ساقيه من خلال القوى الهيدروليكية.

تطوير الروبوتات المستوحاة من العنكبوت

أولًا، أنشأ العلماء كيسًا مرنًا مصنوعًا من أفلام بلاستيكية رقيقة، والتي تم ملؤها بسائل عازل. ثم وضعت الأقطاب على كل جانب من جوانب الكيس، وخدمت الجيوب كمحركات، مع توليد الطاقة الهيدروليكية من خلال القوى الكهروستاتيكية.

يتم ربط الكيس بمفصل دوار، وعند تطبيق جهد كهربائي عالٍ بين الأقطاب، يتحرك السائل العازل داخل الكيس، ويتحرك المفصل. يمكن لمفاصل SES الدوران حتى 70 درجة، مما يؤدي إلى عزم عالي، ويمكنها العودة إلى وضع البداية بسهولة.

كريستوف كيبلينجر هو مدير قسم المواد الروبوتية في معهد ماكس بلانك للأنظمة الذكية.

“مفاصل SES بسيطة وخفيفة، حيث لا توجد مكونات محيطية تثقل الروبوت،” يقول كيبلينجر. “تتطلب العديد من التطبيقات لروبوتات النسيج محركات مرنة. تسمح مفاصل العنكبوت هذه بالوظائف العالية وتستهلك القليل من الطاقة، وهي سهلة ورخيصة الصنع – البلاستيك الذي نستخدمه هو لعبارات الطعام – وإنتاجها قابل للتوسيع بسهولة. هذه هي جميع الجوانب التي تُعتبر حاسمة لتصميم الروبوتات، والتي يمكنها التحرك بطرق مختلفة وتحريك مجموعة متنوعة من الأشياء دون كسرها.”

أظهر العلماء مرونة مفاصل SES من خلال تطبيق قبضة ثلاثية الأصابع. إذا اعتمدت القبضة على هيكل شبيه بالعضلات، لكانت قد عُقت عند محاولة التقاط شيء ما. لكن مع مفاصل SES كأبواب، فإن هناك حاجة إلى مساحة أقل.

نيكولاس كيلاريس هو المؤلف الأول للورقة.

“تتميز الأبحاث لأننا نستطيع استخدام مجموعة واسعة من المواد، حتى البلاستيك المستخدم لصنع أكياس الشيبس لإنشاء الأكياس،” يقول كيلاريس. “بهذه الطريقة يمكننا تنفيذ SES في مجموعة واسعة من الهياكل الهندسية مع خصائص تشغيل محددة.”

فيليب روثيموند هو المؤلف الثاني للنشر.

“الهدف النهائي لأبحاثنا لم يكن صنع روبوت عنكبوتي،” يضيف روثيموند. “كنا نريد تطوير مفصل نشط متقدم يمكن وضعها في أي نوع من الروبوتات.”