يعمل العلماء على صنع جهاز يقوم بالتسلق كما يفعل الرجل العكبوت، ولكن هذه التقنية تحتاج إلى كثير من العمل. وبالفعل فقد بدأت الصين بإنتاج روبوت يتحدى الجاذبية.
لكي يتسلق الروبوت جداراً، يجب أن يلتصق به، ولا يكفي ذلك، بل يجب أن يكون بمقدورنا التحكم فيه. وهذا ليس بالأمر الصعب. يمكن للعديد من المواد اللاصقة أن تحمل شيئاً ما على بعض الأسطح. ومع ذلك، فإن ما لا تستطيع هذه المواد اللاصقة فعله عادة هو فصل هذا الشيء لاحقاً وإعادة تثبيته عندما يلزم الأمر. ومن ثم القيام بذلك مراراً وتكراراً مع كل خطوة تسلق. ولكن الباحثين في الصين نجحوا الآن في التغلب على هذه المشكلة. فقد يكون أي روبوت متحرك صغير قادراً على تحدي الجاذبية من خلال استخدام نوع محدد من الصمغ. حيث تتحكم الكيمياء والتيار الكهربائي المتناوب بثبات الروبوت.
يوغي يان وليزو نداي عالمان مختصان بالبوليمر (الجزيئات الكبرى). وقد طور العالمان روبوت التسلق الجديد في جامعة شيامن الواقعة على الساحل الجنوبي الشرقي للصين. البوليمرات عبارة عن جزيئات شبيهة بسلسلة طويلة تتكون من روابط متكررة أصغر. قام يوان وداي بتبطين باطن أقدام الروبوتات بهيدروجيل محب للماء. أعطى هذا البوليمر روبوتاتهم قدرات فائقة في التسلق.
ما هي الأحماض وما هي الأسس؟
يظل بلح البحر متجذراً في بقعة واحدة طيلة حياته. ويتشبث بالصخور بقوة أثناء تلاطم الأمواج أو التيارات القوية في الأنهار والمحيطات. وليتمكن من ذلك، يفرز بروتيناً لزجاً يحتوي على بوليمر طبيعي يتضمن الكاتيكول (KAT-eh-koal). ويمكن لهذا البوليمر أن يرتبط بقوة بجميع أنواع الأسطح. وقد أضاف الباحثون مادة أساسها الكاتيكول إلى الهيدروجيل، بحيث يمكن أن تتكتل على الأسطح كما يفعل بلح البحر.
لإبطال التصاق الكاتيكول، قام الباحثون بحماية المادة الكيميائية بجزيء غير لاصق. في ظل الظروف الحمضية، يسقط هذا الغطاء الواقي ليكشف المادة اللاصقة القائمة على الكاتيكول. وينبثق الغطاء الواقي مرة أخرى في بيئة قلوية. لذلك يصبح الهيدروجيل لزجاً في الظروف الحمضية، ويفقد هذه الصفة في الظروف القلوية.
التحكم بالالتصاق
يؤدي تغيير درجة حموضة الغراء إلى تشغيل وإيقاف خاصية اللزوجة. وهنا يأتي دور الكهرباء.. إعطاء القليل من التيار الكهربائي يفصل ماء الهيدروجيل إلى هيدروجين وأكسجين. وتُعرف هذه العملية بالتحليل الكهربائي. يجري الباحثون هذه العملية باستخدام بطارية.
تحدث تفاعلات كيميائية مختلفة عند أقطاب البطارية الموجبة والسالبة، فتوفر النواقل المعدنية الكهرباء للهيدروجيل. تطلق التفاعلات عند القطب السالب أيونات الهيدروكسيد (OH-) الذي يحول المياه إلى وسط قلوي. في القطب الموجب، يتم استخدام أيونات الهيدروكسيد والذي يجعل الماء حمضياً، مما يزيد من لزوجة الهيدروجيل.
ما هو القطب؟
لجعل الصمغ غير قابل للالتصاق، قام الباحثون بتبديل اتجاه المجال الكهربائي لنظامهم. هذا يعكس قطبية الأقطاب الكهربائية. يصبح الموجب الآن سالباً والعكس صحيح. يمكن للمرء هنا أن يفكر في الهيدروجيل على قدمي الروبوت كحذاء. إن التحكم بالمجال الكهربائي على نعل كل حذاء يحدد ما إذا كانت قدم التسلق ستلتصق - أو لا.
يقول داي: هناك فائدة كبيرة لاستخدام الكهرباء كطريقة لتغيير درجة حموضة الهيدروجيل. فعادة، من الصعب جداً تغيير درجة حموضة البيئة. فلكل خطوة يتخذها الروبوت، يحتاج النظام الكيميائي إلى الاستمرار في ضخ المركبات الحمضية والقلوية في أحذية الهيدروجيل.
يجادل يوان بوضوح، بأن استخدام الكهرباء أبسط بكثير.
بينما يتنقل الباحثون من خلال تطبيق المجالات الكهربائية الإيجابية والسلبية، تلتصق القدمان وتتحرران بالتناوب. وهذا يسمح للروبوتات الجديدة التي تأتي بحجم كف اليد بالتسلق. كما ويمكنها أن تتدحرج أو تتقلب إلى أعلى - أو حتى رأساً على عقب. لكنها ليست سريعة. إنها تتقدم بوتيرة أشبه باليرقة.
الغراء الجديد
في حين أن الهيدروجيل القابل للانعكاس عبارة عن غراء حقيقي، إلا أنه أقل التصاقاً من شريط السيلوفان. في الوقت الحالي، يمكن للروبوتات الجديدة أن تتسلق الأسطح المعدنية الموصلة كهربائياً (لأن مثل هذه الأسطح تحتاج إلى العمل كأقطاب كهربائية). لكن الضعف النهائي للروبوتات هو أن أقدامها بحاجة إلى أن تظل رطبة للغاية. هذه الرطوبة هي التي تغذي التفاعلات الكهروكيميائية للهيدروجيل.
يقول الباحثون إن الهندسة يمكن أن تتغلب على هذه العقبات. يقول يوان إن تضمين الأسلاك المعدنية في الهيدروجيل قد يحل محل الأسطح الموصلة كأقطاب. سيسمح هذا للروبوتات بتسلق الأسطح غير الموصلة. وللتغلب على الجفاف، يقوم فريقه بخلط المذيبات الكربونية في ماء الهيدروجيل؛ حيث تعمل هذه المذيبات العضوية على إبطاء السرعة التي يجف بها الماء.
توافق إيمي كيونغ وون هان، وهي مهندسة ميكانيك في جامعة ستانفورد في كاليفورنيا قائلة: "هناك مجال للتطوير والتحسين.. ومع ذلك، فإن السمات الحالية للهيدروجيل الجديد مثيرة للإعجاب".
ربما تكون روبوتات داي ويوان هي الأنسب للمواقع المشابهة لمنازل بلح البحر تحت الماء، والتي ألهمتهما أساساً على العمل. تبقى القليل من البوليمرات لزجة عندما تكون مبللة. لكن غراء داي ويوان يحتاج إلى الماء. غير أن الباحثين يأملون أن ينجحوا مستقبلاً بصنع روبوتات تتسلق تحت الماء وقد تكون مفيدة للتنقل عبر الكهوف المغمورة أو حول شبكات الأنابيب تحت سطح البحر.
ولكن الباحثين يأملون بما هو أكثر من ذلك، إنهم يطمحون للتوصل لتصميم بدلة مصنوعة من الهيدروجيل. والسبب كما يقولون: "تحقيق حلمنا بأن نجعل الناس يتسلقون مثل سبايدر مان" .