الروبوتات
تعزيز الروبوتات مع الشفط متعددة المقاييس
الروبوتات ودراسة الروبوتات هي مجال متطور باستمرار يبحث عن طرق جديدة لجعل عملياتنا أكثر كفاءة وتحسينها. هذه الجهود والاستكشافات غالبا ما تتأثر بالطبيعة وممالك الحيوانات حولنا. على سبيل المثال، طور علماء في جامعة بريستول كوب سحب روبوتية بقدرات سحب فائقة التكيف مشابهة للماصات البيولوجية للبقعة.
ميكانيزم الشفط الملهم بالبقعة في الروبوتات
كل شيء بدأ مع مختبر الروبوتات في بريستول الذي دراس هيكل ماصات البقعة البيولوجية التي تظهر مستويات عالية جدا من قدرات الشفط ويمكن أن ترسخ إلى أي صخرة بأكثر الطرق امكانية وتحسينها. هذا البحث أدى إلى إنشاء هيكل لين متعدد الطبقات ونظام سائل اصطناعي يمكن أن يتصرف مثل هيكل العضلات وال مخاط البقعة.
في حين شرح أهم إنجاز لهذا البحث، قال تيانقي يوي، المؤلف الرئيسي للورقة، ما يلي: “الأهم هو أننا أظهرنا نجاحا في تطبيق مزيج من التكوين الميكانيكي – استخدام المواد اللينة لتكون متوافقة مع شكل السطح، والختم السائل – انتشار الماء على سطح الاتصال لتحسين قدرة الشفط على السطوح المعقدة. قد يكون هذا أيضًا سر khảية الكائنات الحية في تحقيق شفط متكيف”.
التطوير الرئيسي، لذلك، هو الذهاب إلى مستوى أعلى من الوضع الحالي للشفط الاصطناعي ودخول مجال الشفط المتكيف – القدرة على الارتباط بالسطوح الأكثر صعوبة وتعقيدا. هذا تطلب ميكانيزم شفط متعدد، وأظهر البحث كيفية تحقيقه.
البحث التاريخي لفهم كيفية عمل ماصات البقعة
فهم كيفية عمل الشفط في البقعة كان منذ فترة طويلة مجالا للاهتمام للجماعة العلمية. كان الباحثون يعرفون أن البقعة يمكن أن تتحرك ماصاتها بشكل مستقل وتمسك بالاجسام حسب الحاجة.
أجريت دراسة من قبل باحثين في ليفورنو قبل أكثر من عقد من الزمن ووجدوا أن الجانبين وحدود ماصات البقعة كانت فريدة من نوعها. كان لديهم ماصات صغيرة متحدة المركز، مما ساعد على تشكيل ختم قوي على أي سطح خشن تحت الماء.
يمكن رؤية أخاديد مماثلة في الجزء العلوي أيضًا، مما أدى إلى ختم فعال وقوي منخفض الضغط.
في حين سأل الباحثون أكثر عن هذه الظاهرة منخفضة الضغط، وجدوا مزيدًا من Informationen حول الماصات. لقد وجدوا أن الجانبين وحدود الماصات كانت لينة، بينما كان الجزء العلوي أكثر صلابة. هذا انخفاض في المرونة، في جميع الاحتمالات، ساعد في توليد ضغط منخفض محلي، مما جعل الالتصاق أفضل وأكثر متانة وفعالية.
منذ هذا الاكتشاف، كان هناك حديث عن محاكاة آليات شفط البقعة في الروبوتات. الآن، يمكننا رؤية الجهود تصل إلى ثمارها.
ميكانيزم الشفط المتعدد وكيف تم حله!
اقترح البحث أن يمكن تكرار ميكانيزم شفط البقعة المتعدد من خلال مزيج عضوي من التكوين الميكانيكي والختم السائل المنظم. المواد اللينة متعددة الطبقات التي استخدمتها الحل الروبوتي أنتجت أولا تكوين ميكانيكي خشن للسطح، مما قلل من فتحات التسرب إلى الميكرونات. هذه الفتحات الميكرونية تم ختمها بواسطة إفراز ماء منظم من نظام سائل اصطناعي.
الآثار المستقبلية لهذا البحث
في حين destacated التطبيقات المحتملة، أشار الباحثون إلى أن هذا التطور يمكن أن يفتح الطريق لروبوتات قابضة قادرة على مجموعة متنوعة من السطوح الجافة المعقدة. لقد شددوا على أهمية هذا الميكانيزم الشفط المتكيف متعدد المقاييس في تطوير استراتيجيات شفط أكثر فعالية وفعالية، مما يمكن أن يؤدي إلى مجموعة كاملة من آليات الالتصاق اللينة المتكيفة.
في حين لفت الانتباه إلى التحسين الذي تقدمه هذه الحلول على الحلول الحالية، قال تيانقي يوي:
“الحلول الصناعية الحالية تستخدم دائما مضخات هواء لгенерировать الشفط ، ومع ذلك، هذه المضخات صاخبة وت浪ب الطاقة.”
الحل الحالي لا يحتاج إلى مضخة، لذلك هو أفضل. كما توقع مطوروه، الحل الحالي سيؤدي إلى روبوتات قابضة الجيل التالي التي يمكنها الاستيلاء على أشياء غير منتظمة بفعالية. الفريق نفسه يخطط لإنشاء كوب شفط ذكي مع حساسات مدمجة يمكنها调节 سلوك الكوب.
في حين أن هذا البحث والحل الذي يقترحه بالتأكيد يعتبران اختراقا، فإن المجتمع العلمي والروبوتي دائما ما استوحى من البقعة.
الcreature المذهلة التي هي البقعة
التركيب الجيني للبقعة فريد من نوعه لدرجة أنه يختلف بشكل كبير عن أي كائن على هذه الكوكب. دراسة DNA على البقعة كشفت أن لديهم حوالي 33,000 جين، وهو ما يقرب من 10,000 جين أكثر من البشر. على عكس البشر والكثير من الحيوانات التي يمكنها تحسين شفرة الجينات، البقعة لديها القدرة المذهلة على تحرير RNA الخاصة بهم.
كان هناك بعض التشابه مع البشر أيضا. وساعدت هذه التشابهات على جعل البقعة أكثر ذكاء مثل البشر.
على سبيل المثال، البقعة لديها مجموعة من الجينات البشرية التي تساهم في شبكة عصبية في أدمغتهم. هذه الشبكة العصبية تجعلها متكيفة مع ظروف مختلفة ومتعلمة بسرعة. بالإضافة إلى ذلك، قدرتهم على تحرير RNA تعزز من تكيفهم، مما يسمح لهم بالبقاء في برد شديد المحيط العميق.
كما هو واضح من الناحية البصرية، البقعة لديها دماغ كبير. كما أنها، مثل البشر، لديها نظام دوران مغلق، عيون محمية بالحاجب، شبكية، وعدسة.
البقعة لديها أيضا قدرات التمويه الأفضل في الفئة. الآن بعد أن تم فك شفرة كودها الجيني، سيكون من الأسهل للعلماء فهم كيفية تحقيق ذلك. يمكنهم تغيير لون جلدهم في أجزاء من الثانية، وهي قدرة يمكن أن يستفيد منها علماء الأعصاب ومهندسو النسيج والمهندسون الهيكليون.
عقل البقعة
البراعة الفسيولوجية للبقعة، خاصة دماغها الكبير، حثت العلماء على دراسة عملياتها الإدراكية أكثر深اء.
في عام 2016، كتب بيتر غودفري سميث، أستاذ فخري للفلسفة في مركز الدراسات العليا، جامعة مدينة نيويورك، وأستاذ لتاريخ وفلسفة العلوم في جامعة سيدني في أستراليا، كتابا بعنوان ‘أعقل أخرى: البقعة، البحر، وأصول الوعي العميق.‘ في الكتاب، كتب:
“البقعة وأقاربها (السيوفيش والهلام) تمثل جزيرة من التعقيد الذهني في بحر الحيوانات غير الفقارية. منذ لقائي الأول مع هذه الكائنات منذ عشر سنوات، لقد كنت مهتما بشدة بالارتباط القوي الذي يمكن أن يكون معهم”.
في الكتاب، شدد الأستاذ غودفري سميث على أن البقعة المشتركة لديها حوالي 500 مليون عصبون في جسمها. على الرغم من أن هذا أقل من البشر – حوالي 100 مليار – البقعة ذكية في أنها يمكن أن تتنقل في متاهات بسيطة وتستخدم الإشارات البصرية بشكل فعال لتمييز بيئتين مختلفتين ولكن مألوفتين واتخاذ أفضل مسار.
إنها مزيج من الذكاء والفريدية الفسيولوجية التي تجعل البقعة تبرز من الصف. في جوهر الأمر، مجال الروبوتات دائما ما حاول تحقيق هذه الحالة حيث الأدوات الذكية ستنجز مهام معقدة. لا ي驚 أن طلاب الروبوتات قد استكشفوا هذا الكائن المذهل بانتظام. بالإضافة إلى الباحثين المؤسسيين، هناك العديد من الشركات المشهورة النشطة في هذا المجال.
#1. ABB
إحدى الشركات التي كانت دائما مهتمة بمحاكاة قدرات البقعة في منتجاتها هي ABB. في عام 2018، وقعت ABB Technological Ventures، ذراع الاستثمار الرأسمالي الاستراتيجي لشركة ABB، شراكة مع Soft Robotics، شركة فرعية من مجموعة Whitesides.
ملهمة بالوظائف التي تؤديها خياشيم البقعة، طورت Soft Robotics محركات روبوتية لينة من البوليمرات التي تعمل بدون الحاجة إلى حساسات أو أجهزة كهروميكانيكية. بنت الشركة وقدرة الحوسبة مباشرة في القابض نفسه وطورت مزيجًا خاصًا من المواد مع قنوات ميكروفلويديكية تقلد الأنسجة اللينة لليد البشرية.
التطورات الحديثة في دمج الشفط متعددة المقاييس في الروبوتات المتقدمة يمكن أن تعزز فعالية وكفاءة هذه التقنيات.
البقعة، المعروفة بذكائها الأعلى وهيكل العين المتقدم الذي يشبه البشر، ألهمت تطورات كبيرة في الروبوتات. هذا العام، استحوذت ABB على Sevensense، شركة تكنولوجيا سويسرية متخصصة في تعزيز mobilitة الروبوتات الصناعية بتزويد她们 بقدرات بصرية واعرفية.
في السنة المالية 2023، سجلت مجموعة ABB إيرادات بقيمة 32.2 مليار دولار أمريكي. كما استثمرت الشركة بشكل كبير في البحث والتطوير، حيث بلغت استثماراتها 1.3 مليار دولار أمريكي. في حين أن هامش الربح التشغيلي للشركة كان قريبا من 17%.
#2. Festo
في مثال آخر، حيث أظهرت شركة روبوتات رائدة اهتمامًا وربما تستفيد من الشفط متعددة المقاييس لتعزيز قدراتها، ننظر إلى شركة الروبوتات الألمانية Festo’s bot الملهم بالبقعة.
تمت تسمية هذا الجهاز الروبوتي في الأصل باسم OctopusGripper، ويمكنه التقاط والاحتفاظ بوضع الأشياء باستخدام مزيج من الماصات والهواء. لقد تم إعادة تسميته منذ ذلك الحين باسم Tentacle Gripper. تصف الشركة هذا القابض البيولوجي كSTRUCTURE لينة من السيليكون التي يمكن التحكم فيها عن طريق الهواء. عند توفير الهواء المضغوط، يمكن القابض الانحناء إلى الداخل، مما يسمح لها باللف حول الأشياء بشكل آمن.
هيكليًا، القابض لديه صفين من كؤوس الشفط متصلة بالداخل من الخياشيم السيليكون. توجد كؤوس شفط صغيرة في طرف القابض، مما يؤثر على تأثير سلبي، في حين أن كؤوس شفط أكبر، مدفوعة بالفراغ، تساعد الجسم على الالتصاق بالقابض بشكل قوي.
جربت Festo الروبوت على两个 روبوت خفيف الوزن تم تطويرهما في شبكة التعلم البيولوجي: روبوت الحركة البيولوجي وروبوت التعاون البيولوجي. بسبب طبيعتهما الكينيماتيكية، كان كلا الروبوتين مرنًا ويمكن أن يتصلب بطرق لا حصر لها.
منذ تم تطوير الخياشيم الاصطناعية من مادة لينة، يمكنها التقاط بشكل لطيف. زعمت الشركة أن الحل له إمكانات كبيرة لمكان العمل التعاوني في المستقبل.
من حيث الإيرادات، كانت السنة المالية 2023 سنة من التوحيد للشركة. وفقًا لإحدى إعلانات Festo الصحفية، سجلت إيرادات بقيمة 3.65 مليار يورو، بانخفاض بنسبة 4.3% عن العام السابق.
على الرغم من انخفاض الإيرادات بشكل طفيف، زعمت الشركة أنها استمرت في الاستثمار بشكل كبير في البحث والتطوير وتوسيع التوريدات السوقية الإقليمية. بشكل أكثر تحديدًا، استثمرت الشركة 7.7% من إيراداتها في البحث والتطوير في عام 2023.
على الروبوتات التي تستوحى الإلهام من الطبيعة وممالك الحيوان
اليوم، ناقشنا حالة محددة حيث تأخذ الروبوتات إشارات من ماصات البقعة. ومع ذلك، من منظور أوسع، يمكن تأخذ إشارات من العالم الطبيعي كله المحيط بنا. وهناك العديد من المبادرات الروبوتية الملهمة بالبيولوجيا في العمل بالفعل في المجال العام.
على سبيل المثال، في يناير 2024، نشر بحث يقدم روبوتًا tựوميًا يتطور مستوحى من الاستراتيجيات السلوكية التكيفية للنباتات المتسلقة للتنقل في بيئات غير منظمات. يمكن لهذه الروبوتات محاكاة البراعم القطبية للنباتات المتسلقة لاكتشاف وتوافق نموها التكيفي من خلال آلية تصنيع إضافية وذكية في النهاية.
حدث بحث مهم أيضًا في مجال المواد المتوافقة مع تصنيع الروبوتات اللينة. قبل بضع سنوات، طوّر فريق من علماء ومهندسين من جامعة مينيسوتا توين سيتيز عملية مستوحاة من النباتات لتمكين نمو المواد الاصطناعية.
يمكن أن يساعد الحل الباحثين على تصنيع روبوتات لينة محسنة قادرة على التنقل في مسارات معقدة، حتى داخل جسم الإنسان. وفقًا لماثيو هاوسلادن، المؤلف الأول للورقة، كان الفريق حقًا مستوحى من كيفية نمو النباتات والفطريات. قال الباحثون:
“لقد أخذنا فكرة أن النباتات والفطريات تضيف مواد إلى نهاية أجسامها، إما في أطراف الجذور أو في البراعم الجديدة، وترجمناها إلى نظام هندسي”.
العالم الطبيعي قد شهد تغييرات لا حصر لها أكثر مما يمكننا تخيله، مع حيوانات تنجو وتتكيف على مدى آلاف السنين. يجب علينا دراسة تقنيات التكيف الرائعة بدقة وملاحظتها بتفاصيل أكبر. محاولة تكرارها بروحها الحقيقية سوف تساعدنا دائمًا على تحقيق المزيد مما يمكننا تخيله في مجالات العلوم والتكنولوجيا.
