علماء يخترعون روبوتًا مائيًا ذاتي التشغيل لا يعمل بالكهرباء

قام علماء في قسم الطاقة في مختبر لورنس بيركلي الوطني وجامعة ماساتشوستس أمهرست بتطوير أول روبوت مائي ذاتي التشغيل يمكنه التشغيل المستمر دون كهرباء.

نشرت الأبحاث في مجلة كيمياء الطبيعة.

روبوتات “المشي على الماء”

يمكن لهذه الروبوتات السائلة “المشي على الماء” الغوص تحت الماء لاستعادة المواد الكيميائية الثمينة قبل العودة إلى السطح لتسليمها بشكل متكرر.

هذه هي أول تقنية من نوعها تعمل بشكل مستمر دون مدخلات كهربائية. يمكن استخدامها كمظام أتمتيكي لتركيب كيميائي أو نظام تسليم دوائي للاستخدامات الصيدلانية.

توم راسل هو المؤلف الرئيسي للبحث، وهو عالم زائر وبروفيسور في العلوم البوليمرية والهندسية من جامعة ماساتشوستس أمهرست. يقود برنامج التجميعات الواجهية التكيفية لتركيب السوائل في قسم علوم المواد في مختبر بيركلي.

“لقد كسرنا حاجزًا في تصميم نظام روبوتي سائل يمكنه العمل بشكل مستقل باستخدام الكيمياء للسيطرة على طفوية الكائن،” قال راسل.

وفقًا لراسل، تساهم التقنية بشكل كبير في تقدم “الروبوتات السائلة”، وهي عائلة من الأجهزة الروبوتية. أظهر الباحثون في السابق أن هذه الروبوتات يمكنها أداء مهمة بشكل مستقل، ولكن فقط مرة واحدة. يمكن لبعضها أداء مهمة بشكل مستمر، ولكنها تتطلب الكهرباء للتشغيل.

“لا نحتاج إلى توفير الطاقة الكهربائية لأن روبوتاتنا السائلة تحصل على طاقتها أو “غذائها” كيميائيًا من الوسط المحيط،” قال راسل.

تشغيل التجارب

قام راسل وGANHUA XIE، المؤلف الأول، بتشغيل سلسلة من التجارب في قسم علوم المواد في مختبر بيركلي. XIE هو باحث ما بعد الدكتوراه السابق في مختبر بيركلي وأستاذ حالي في جامعة هونان في الصين.

من خلال هذه التجارب، تعلم الزوج أن “تغذية” روبوتات السوائل بالملح يجعلها أثقل أو أكثر كثافة من المحلول السائل المحيط.

أجرى المحققون المشتركون بول آشبي وبريت هيلمز في مختبر بيركلي للتركيبات الجزيئية تجارب إضافية أظهرت كيف تنقل روبوتات السوائل المواد الكيميائية ذهابًا وعودة.

روبوتات السوائل لها قطر 2 مليمتر فقط، وبما أن لها كثافة أعلى من المحلول، فإنها تتجمع في منتصف المحلول وتملأ بالمواد الكيميائية المختارة. هذا يؤدي إلى تفاعل يولد فقاقيع الأكسجين، والتي ترتفع روبوت السوائل إلى السطح. يحدث تفاعل آخر يؤدي إلى سحب روبوتات السوائل إلى حافة الحاوية، حيث يمكنها تفريغ حمولتها.

يتكرر هذا العملية بشكل مستمر.

يمكن لروبوتات السوائل إنجاز مجموعة متنوعة من المهام بشكل متزامن اعتمادًا على تركيبتها. في حين يمكن لبعضها كشف أنواع مختلفة من الغازات في البيئة، يمكن لآخرين أن يتفاعلوا مع أنواع معينة من المواد الكيميائية.

إضافة إلى هذه التطبيقات، يمكن لروبوتات السوائل تمكين أنظمة روبوتية مستمرة وذاتية التشغيل التي يتم تطبيقها في تطبيقات اكتشاف الأدوية أو تركيبها.

سيعمل الفريق الآن على توسيع نطاق التكنولوجيا لنظم أكبر بينما يبحثون عن كيفية جعلها تعمل على الأسطح الصلبة.