مادة合thetic تمكن الروبوتات الناعمة من النمو مثل النباتات

فريق من العلماء والمهندسين في جامعة مينيسوتا طور عملية إضافية مستوحاة من النباتات تمكن من نمو المواد الاصطناعية، مما قد يمكّن الروبوتات الناعمة من النمو مثل النباتات. هذه الطريقة مبتكرة وجديدة، ويمكن للروبوتات الناتجة التنقل في أماكن ضيقة، وأراضي معقدة، وحتى مناطق داخل الجسم البشري.

نشر البحث، الذي تم تمويله من قبل مؤسسة العلوم الوطنية، في مجلة الأكاديمية الوطنية للعلوم (PNAS).

الروبوتات التي “تنمو” أثناء الحركة

كريس إليسون هو مؤلف رئيسي للورقة وأستاذ في قسم الهندسة الكيميائية والعلوم المواد في جامعة مينيسوتا توين سيتيز.

“هذه هي المرة الأولى التي يتم إثبات هذه المفاهيم بشكل أساسي،” قال إليسون. “تطوير طرق جديدة للتصنيع هو أمر بالغ الأهمية لمنافسة بلدنا وإحضار منتجات جديدة للناس. في الجانب الروبوتي، يتم استخدام الروبوتات بشكل متزايد في بيئات خطرة وبعيدة، وهذه هي المناطق التي يمكن أن يكون لها هذا العمل تأثير.”

الروبوتات الناعمة هي روبوتات مصنوعة من مواد ناعمة ومرنة بدلاً من المواد الصلبة، وهذه الأنواع الجديدة من الروبوتات الناعمة النامية يمكنها توليد مواد جديدة و”النمو” أثناء الحركة. يمكن تطبيقها على مجموعة متنوعة من التطبيقات، وهي مفيدة بشكل خاص للتنقل في المناطق النائية التي لا يمكن للبشر الوصول إليها. يمكن أن تشمل التطبيقات الحقيقية عمليات التفتيش أو تركيب الأنابيب تحت الأرض أو التنقل داخل الجسم البشري.

الروبوتات الناعمة النامية التي لدينا حاليًا تترك وراءها مسارًا من المواد الصلبة، وتستخدم الحرارة والضغط لتحويل المادة إلى بنية أكثر ديمومة. يقارن الباحثون هذا بالطابعة ثلاثية الأبعاد، والتي يتم تغذيتها بالفيلم الصلب لإنتاج منتج مشكل. على الرغم من ذلك، يصبح المادة الناعمة صعبًا عندما يجب على الروبوت التنقل حول المنعطفات، مما يعني أنه من الصعب على الروبوتات التنقل في بعض العوائق.

تطوير وسائل جديدة للخروج

لمعالجة هذه المشكلة، طور الفريق وسيلة جديدة للخروج. تتضمن العملية الجديدة دفع المادة من خلال فتحة لإنشاء شكل معين، وتمكن الروبوت من إنشاء مادة اصطناعية من السوائل بدلاً من المواد الصلبة.

ماثيو هاوسلادن هو مؤلف أول للورقة وطالب دكتوراه في قسم الهندسة الكيميائية والعلوم المواد في جامعة مينيسوتا توين سيتيز.

“كنا مصدر إلهامنا من كيفية نمو النباتات والفطريات،” قال هاوسلادن. “أخذنا فكرة أن النباتات والفطريات تضيف مواد إلى نهاية أجسامها، إما في أطراف الجذور أو في الأغصان الجديدة، وترجمناها إلى نظام هندسي.”

أراد الباحثون محاكاة عملية النباتات باستخدام الماء لنقل الكتل البنائية التي تتحول إلى جذور صلبة أثناء نمو النبات إلى الخارج. لتحقيق ذلك مع المواد الاصطناعية، اعتمد الفريق على تقنية تسمى البلمرة الضوئية، والتي تستخدم الضوء لتحويل المونومرات السائلة إلى مادة صلبة. يمكن للروبوت الناعم استخدام هذه التكنولوجيا للتنقل بسهولة أكبر حول العوائق والمنعطفات دون الحاجة إلى سحب مواد صلبة.

التطبيقات الحقيقية المحتملة

يقول الفريق إن هذه العملية الجديدة يمكن تطبيقها أيضًا في التصنيع، خاصة في التطبيقات التي تستخدم الحرارة والضغط والمachines لإنشاء وتشكيل المواد التي قد لا تكون ضرورية.

“جزء مهم جدًا من هذا المشروع هو أننا لدينا علماء المواد والمهندسين الكيميائيين والمهندسين الروبوتيين جميعًا متورطين،” продолжил إليسون. “من خلال وضع خبراتنا المختلفة معًا، أعدنا شيئًا فريدًا لهذا المشروع، وأنا واثق من أن لا أحد منا يمكن أن يفعل ذلك وحده. هذا مثال رائع على كيفية تمكين التعاون العلميين لمعالجة مشاكل أساسية صعبة أثناء التأثير التكنولوجي.”

يتضمن فريق الباحثين أيضًا باحثًا ما بعد الدكتوراه بوران زهاو وأستاذًا متميزًا في كلية العلوم والهندسة لورين فرانسيس؛ وباحثين في قسم الهندسة الميكانيكية في جامعة مينيسوتا أستاذًا مساعدًا تيم كواليوسكي وطالبًا دراسات عليا ماثيو كوبالا.