تتسارع وتيرة الاختراعات التكنولوجية المتطورة كل يوم. ويشهد عالم الروبوتات تطوراً غير مسبوق. ففي كل يوم نجد نوعاً جديداً من هذه الكائنات الذي يفرض وجوده بحسب أهميته ومجالات استخدامه. فهل يصبح الروبوت شريكاً أساسياً للإنسان؟
يصمم مهندسو شركة بيت روبوتات مستوحاة من الحشرات يمكنها مراقبة الأماكن التي يصعب الوصول إليها. يمكن لهذه المخلوقات القديمة أن تنضغط من خلال أصغر الشقوق، وتتناسب بشكل مريح مع المساحات الضيقة والبقاء على قيد الحياة في البيئات القاسية: لا توجد العديد من المساحات المحظورة على الحشرات.
لهذا السبب ابتكر الباحثون في جامعة بيتسبرغ روبوتات صغيرة مستوحاة من الحشرات، يمكنها تنفيذ المهام في الأماكن التي يصعب الوصول إليها والبيئات غير المضيافة.
قال جونفينج جاو، الذي قاد العمل كطالب دكتوراه في الهندسة الصناعية في كلية سوانسون للهندسة: "يمكن استخدام هذه الروبوتات للوصول إلى المناطق المحصورة للتصوير أو التقييم البيئي، أو أخذ عينات من المياه، أو إجراء تقييمات هيكلية. في أي مكان تريد الوصول إلى الأماكن المحصورة - حيث يمكن أن ينتقل الخطأ ولكن لا يمكن لأي شخص أن يفعل - أن تكون هذه الأجهزة مفيدة".
بالنسبة إلى العديد من الكائنات التي يقل حجمها عن حجم معين - مثل النمل الصياد، والجمبري والبراغيث - فإن القفز عبر سطح هو أكثر كفاءة من حيث استخدام الطاقة مقارنة بالزحف. تم تقليد تلك الحركات الاندفاعية في الروبوتات ذات الأحجام الصغيرة التي تتكون من عضلة بوليمرية صناعية.
أوضح إم. رافي شانكار، أستاذ الهندسة الصناعية في شركة بيت الذي قاد مختبره البحث: "عادةً ما يكون التنشيط في العضلات الاصطناعية التي نتعامل معها بطيئاً إلى حد ما. لقد انجذبنا إلى السؤال، كيف نأخذ هذه العضلة الاصطناعية ونستخدمها لتوليد حركة القفز بدلاً من التشغيل البطيء؟".
تكمن الإجابة في التفاعل بين الترتيب الجزيئي والهندسة.
إن الشكل المركب المنحني لعضلة البوليمر يسمح لها ببناء الطاقة عند تشغيلها. قال محسن تبريزي، مؤلف مشارك في الدراسة وطالب دكتوراه في الهندسة الصناعية في مدرسة سوانسون: "إن الطريقة التي تتماشى بها الجزيئات في العضلات والتي تستلهم من العالم الطبيعي، حيث يعمل تشغيلها المشترك على بناء الطاقة في الهيكل. يتم تحقيق ذلك باستخدام ما لا يزيد عن بضعة فولتات من الكهرباء".
تتيح الحركة متعددة الاستخدامات والهيكل الخفيف للروبوتات التي تكون بحجم صرصور الليل تقريباً، التحرك على طول الأسطح المتحركة مثل الرمل بسهولة مثل الأسطح الصلبة، وحتى القفز عبر الماء.
تم نشر الورقة البحثية، الموجهة جزيئياً، والمغلقة هندسياً، والاندفاعية، وقوى التشغيل الفرعية، وحركة مقياس الغرام الفرعي في مجلة Advanced Materials Technologies.
الذراع الآلية الملتوية
يمكن للذراع المرن، الذي تم تصميمه وإنشاؤه في جامعة إمبريال كوليدج بلندن، أن يلتف ويدور في جميع الاتجاهات، ما يجعله قابلاً للتخصيص بسهولة للتطبيقات المحتملة في التصنيع، وصيانة المركبات الفضائية، وحتى إعادة تأهيل الإصابات.
بدلاً من أن تكون مقيدة بأطراف صلبة ومفاصل ثابتة، فإن الذراع متعددة الاستخدامات قابلة للانحناء بسهولة في مجموعة متنوعة من الأشكال. في الممارسة العملية، يقوم الأشخاص الذين يعملون جنباً إلى جنب مع الروبوت بثني الذراع يدوياً وفق الشكل الدقيق المطلوب لكل مهمة، وهو مستوى من المرونة أصبح ممكناً بفضل الطبقات الزلقة من صفائح المايلار بالداخل، والتي تنزلق فوق بعضها البعض ويمكن أن تثبت في مكانها. ومع ذلك، فقد ثبت أن تكوين الروبوت ضمن أشكال محددة دون توجيه يعد أمراً صعباً للمستخدمين.
لتعزيز سهولة استخدام الروبوت، صمم الباحثون في مختبر إمبريالز الذي يهتم بـ (المعالجة الروبوتية: الهندسة والتصميم والعلوم) نظاماً للمستخدمين ليروا في الواقع المعزز كيفية تكوين الروبوت الخاص بهم. يرتدي المستخدمون نظارات الواقع المختلط الذكية ومن خلال كاميرات تتبع الحركة، ويرون القوالب والتصميمات أمامهم متراكبة على بيئتهم الواقعية. ثم يقومون بضبط الذراع الآلية حتى تطابق القالب، والذي يتحول إلى اللون الأخضر عند التهيئة الناجحة بحيث يمكن عندها تثبيت الروبوت في مكانه.
قال الدكتور نيكولاس روجاس، كبير مؤلفي الورقة البحثية، من كلية إمبريال دايسون لهندسة التصميم: "إن إحدى القضايا الرئيسية في تعديل هذه الروبوتات هي الدقة في موقعها الجديد. فنحن البشر لسنا رائعين في التأكد من تطابق الموضع الجديد مع الأنموذج، ولهذا السبب بحثنا عن AR للحصول على المساعدة".
ويضيف روجاس: "لقد أظهرنا أن الواقع المعزز يمكن أن يبسط العمل جنباً إلى جنب مع الروبوت المرن. يمنح هذا الأسلوب المستخدمين مجموعة من أوضاع الروبوت سهلة الإنشاء، لجميع أنواع التطبيقات، دون الحاجة إلى الكثير من الخبرة الفنية".
اختبر الباحثون النظام على خمسة رجال تتراوح أعمارهم بين 20 و 26 عاماً من ذوي الخبرة في مجال الروبوتات ولكن ليس لديهم خبرة في التعامل مع الروبوتات القابلة للثني على وجه التحديد. تمكن الأشخاص من ضبط الروبوت بدقة، ونشرت النتائج في مجلة Robotics & Automation Magazine.
على الرغم من أن مجموعة المشاركين كانت ضيقة، إلا أن الباحثين يقولون إن نتائجهم الأولية تظهر أن الواقع المعزز يمكن أن يكون نهجاً ناجحاً لتكييف الروبوتات القابلة للثني بعد إجراء مزيد من الاختبارات وتدريب المستخدم.
تشمل التطبيقات المحتملة مجالات التصنيع والبناء وصيانة المركبات. نظراً لأن الذراع خفيفة الوزن، يمكن استخدامها أيضاً في المركبات الفضائية حيث يفضل استخدام الأدوات منخفضة الوزن. كما أن الذراع لطيفة بدرجة كافية بحيث يمكن استخدامها في إعادة تأهيل الإصابات، ومساعدة المريض على أداء تمرين بينما يقوم أخصائي العلاج الطبيعي بأداء تمرين آخر.
قال المؤلفان المشاركان، وهما آليكس رين وأنغوس كلارك، وهما أيضاً من كلية دايسون لهندسة التصميم: "من نواحٍ عديدة يمكن اعتباره ذراعاً ثالثاً منفصلاً وقابلاً للثني. ويمكن أن يساعد في العديد من المواقف عندما يكون من المفيد استخدام طرف إضافي بحيث يكون مفيداً ويساعد في توزيع عبء العمل".
لا يزال الباحثون في طور إتقان هذا الروبوت بالإضافة إلى مكون الواقع المعزز. بعد ذلك، سوف ينظرون في إدخال عناصر اللمس والصوت للواقع المعزز لتعزيز دقته في تكوين الروبوت.
إنهم يبحثون أيضاً في تقوية الروبوتات. على الرغم من أن مرونتها ونعومتها تجعلها أسهل في التهيئة وربما أكثر أماناً للعمل جنباً إلى جنب مع البشر، إلا أنها أقل صلابة أثناء وجودها في وضع القفل، مما قد يؤثر على الدقة.
----