باحثون يبتكرون مشابك روبوتية مستوحاة من الحشرات
اقتبست العديد من المشابك الروبوتية الناعمة انحناء زعنفة السمكة. وتتضمن مكونات مثلثية تنحني حول الجسم لالتقاطه. وتملك هذه المكونات عوارض عرضية مرتبة بزاوية 90 درجة، ما يساعد المشبك على الالتفاف حول الجسم.
المشابك التقليدية من هذا النوع تتطلب جهدًا كبيرًا لرفع الأجسام، ولا تستطيع دائمًا التعامل مع الأشياء الهشة دون أن تسحقها. ويستلهم باحثون من خمس جامعات مختلفة بقيادة بوراماندي مانونبونغ من جامعة جنوب الدنمارك في أودنسي، من طريقة مشي الحشرات والتقاطها للأشياء، لتطوير طريقة جديدة لصنع المشابك الروبوتية.
بدلًا من العوارض العرضية المرتبة بزاوية 90 درجة، وضعت مجموعة بحثية دولية في أودنسي عوارض بزوايا 10 أو 30 درجة، على غرار وسادات الالتصاق لدى الحشرات. وبتغيير زاوية ميل هذه العوارض، وجد الباحثون أن أجهزة الالتقاط لديهم تستطيع ثني الأجسام ورفعها بجهد أقل بنسبة 20 في المئة.
«نعلم أن كثيرًا من الحيوانات قادرة على التشبث بالأسطح أو الالتصاق بها باستخدام وسادات أو أقدام مرنة. وقد لاحظنا أن زاوية ميل الوسادات لدى الحشرات كانت مختلفة. سبق في أعمال سابقة دراسة تغيير زاوية الالتقاط، لكن لم يُجر أي منها دراسة مفصلة لتأثير زوايا العوارض العرضية المختلفة داخل إطاره»
يتيح استخدام جهد أقل لالتقاط الجسم للمشبك التعامل مع أشياء أكثر حساسية، مثل المواد الغذائية، دون سحقها. وعندما اختبر الباحثون مشابك بعوارض بزاوية 90 أو 120 درجة، احتاج المشبك إلى جهد أكبر بكثير لرفع الجسم.
كما حسّنت المشابك الجديدة مشية الروبوتات. فعند مواجهة أسطح غير مستوية، مثل الحجارة، أو أسطح دائرية، مثل الأنابيب التي يمكن السير عليها، تمكنت الروبوتات من التكيف مع الموقف دون تحكم معقد. وتشبه المشابك الزعانف التي تلتف بسهولة حول السطح الذي يمشي عليه الروبوت.
استلهم فريق مانونبونغ وسادات الالتصاق لدى الحشرات، لكنهم ليسوا الباحثين الوحيدين الذين يلجؤون إلى الطبيعة لتحقيق تقدم في الروبوتيات.
في ديسمبر 2020، طور باحثون من كلية الهندسة في جامعة جورجيا مشبكًا روبوتيًا مستوحى من نباتات الفاصوليا المتسلقة. وتتطلب هذه المشابك الناعمة تحكمًا هوائيًا واحدًا فقط، ما يبسط العمل. كما احتوى المشبك على مستشعر ألياف ضوئية في الساق المرنة للروبوت، يستطيع تحديد الجسم المرفوع وأي تداخلات خارجية.
«جربنا خيارات تصميم مختلفة، لكن النتائج لم ترضنا، فتذكرت الفاصوليا التي زرعتها في حديقتنا قبل عدة سنوات. فهذا النبات يستطيع التمسك بقوة بنباتات أخرى أو بحبل. لذلك أجريت دراسة صغيرة على النباتات المتسلقة، ورأيت أنه تصميم جيد من الطبيعة يمكننا دراسته»
في نوفمبر 2020، أنشأ باحثون من جامعة نيو ساوث ويلز في سيدني مشبكًا مستوحى من خرطوم الفيل. وقد صُمم هذا المشبك المصنوع من نسيج ناعم للعمل مع أجسام ثقيلة وهشة.
أكد الباحثون أن هذه التقنية متعددة الاستخدامات يمكن تطبيقها على نطاق واسع في القطاعات التي تُعالج فيها الأشياء الهشة، مثل الزراعة والصناعات الغذائية، وكذلك في العلوم والتنقيب عن الموارد، بل حتى في عمليات إنقاذ الأرواح أو الأجهزة المساعدة الشخصية.
قال الدكتور ثان نهو دو: «مشبكنا الجديد المصنوع من النسيج رفيع ومسطح وخفيف، ويستطيع التقاط أجسام مختلفة واستخراجها، حتى من الفراغات الضيقة، مثل قلم داخل أنبوب. ويملك الجهاز أيضًا مستشعر قوة متطورًا يعمل في الوقت الفعلي، وهو أكثر حساسية بـ15 مرة من التصاميم التقليدية، ويحدد قوة الالتقاط اللازمة لمنع إتلاف الأجسام التي يتعامل معها. كما يوجد آلية تُفعَّل بالحرارة تستطيع تحويل هيكل المشبك من مرن إلى صلب والعكس، ما يتيح له التقاط أجسام بأشكال وأوزان مختلفة، تصل إلى 220 ضعف كتلة المشبك».
اختبر فريق أودنسي نموذج المشبك الخاص به باستخدام مشابك ناعمة فقط. ومهمتهم التالية هي جعله قويًا بما يكفي للتعامل مع ظروف أقسى.
«صُممت أقدام الروبوت ومشابكه المتوافقة مع حلول ميكانيكية مختلفة لتحسين تشكل التلامس الصحيح والالتقاط على قواعد متنوعة. وبنية Fin Ray هي أحد هذه الحلول. ورغم أنه سبق اقتراح تأثير Fin Ray واستخدامه، لم تُجرَ دراسات مفصلة حول تأثير زوايا العوارض المختلفة داخل إطاره»، جاء ذلك في الدراسة.
وبحسب العلماء، ومع أخذ عوامل مثل مساحة التلامس الكبيرة، وكفاءة الطاقة العالية، ومتانة أفضل في الاعتبار، يقدم نموذج Fin Ray بعوارض غير قياسية بميل 10 درجات توازنًا أفضل مقارنة بالنماذج الأخرى ضمن حدود معاملات هندسية محددة.
