روبوتات حيوية هجينة تتحكم فيها الإشارات الكهربائية للفطريات

الحاجة إلى روبوتات تتعامل برفق

تحتاج الروبوتات التي تعمل خارج بيئات المصانع المنضبطة إلى التحكم الدقيق في الحركة والتعامل برفق مع محيطها.

قد تتطلب هذه المهام حساسات دقيقة وإلكترونيات تتحمل ظروف التشغيل. تختلف المواد والتكلفة والمتانة بحسب التصميم، ولا تعتمد جميع حساسات اللمس على معادن أرضية نادرة أو تكون هشة بالضرورة.

تؤدي الأنظمة الحيوية مهام حسية وحركية معقدة، لكنها تعتمد أيضًا على بيئة مناسبة وتغذية وآليات حماية وتنظيم.

يستلهم التقليد الحيوي أشكال الكائنات الحية ووظائفها لتطوير تصاميم هندسية. تناولنا هذا النهج في مقال «كيف يمكن للروبوتات أن تستلهم من الطبيعة».

وتستخدم الروبوتات اللينة مواد مرنة في بعض المشغلات والأجزاء المتلامسة، وقد تستفيد من الطباعة ثلاثية الأبعاد، كما في المقالات «الروبوتات اللينة تستفيد من الموائع الرغوية»، و«أيدي مثل الإنسان: التصنيع الإضافي الجديد يساعد الروبوتات اللينة على أن تصبح واقعية»، و«كبسولات الجل المغناطيسية قد تدفع كلًا من الروبوتات والطب إلى الأمام».

لكن ماذا لو بدلاً من تكرار القدرات البيولوجية بمواد صناعية، استخدمنا أنسجة بيولوجية حقيقية ودمجناها مع الأنظمة الروبوتية؟

درس باحثون من جامعة كورنيل وجامعة فلورنسا دمج الفطريات مع الأنظمة الروبوتية. ونشروا في Science Robotics بحثًا بعنوان «التحكم الحسي الحركي للروبوتات عبر القياسات الكهربائية الفسيولوجية للغزل الفطري». استخدموا الإشارات الكهربائية للفطر في التحكم، بينما وفرت إلكترونيات الروبوت ومحركاته الطاقة والحركة.

إشارات الفطريات الكهربائية الحيوية

يتكون الغزل الفطري من شبكة خيوط يمكن أن تُظهر نشاطًا كهربائيًا يتغير استجابة لبعض المؤثرات. هذه الإشارات لا تعني أن الفطر يمتلك جهازًا عصبيًا مماثلًا للحيوان.

اختبر الباحثون الاستجابة للضوء، بما فيه الأشعة فوق البنفسجية. أما استشعار مواد كيميائية محددة فكان اتجاهًا للتطوير اللاحق.

الحفاظ على المكوّن الحيوي

درست أبحاث سابقة استخدام أنسجة حية في الروبوتات، مثل العضلات المزروعة مخبريًا. انظر «المشغلات القائمة على العضلات قد تعظم إمكانات الحلول الروبوتية».

تحتاج الأنسجة إلى درجات حرارة ورطوبة وتغذية مناسبة، وقد تتعرض للتلوث. يضيف ذلك متطلبات إلى تصميم الروبوت وصيانته.

تدهور صحة النسيج قد يضعف وظائف الجزء الحيوي من الروبوت.

يمكن أن يكون الغزل الفطري أكثر تحملًا لبعض الظروف من أنسجة حيوانية معزولة. لكنه ليس محصنًا من التلوث أو الجفاف، ويظل بحاجة إلى شروط نمو مناسبة.

يمكن للفطريات الاستجابة لمؤثرات متعددة، لكن إثبات استجابة معينة يتطلب اختبارات تخص النوع والظروف المستخدمة.

يجعل النشاط الكهربائي الفطري هذه الكائنات مرشحة لمكونات استشعار حيوية. ولا يثبت ذلك دقة حسية مثالية أو اعتمادية طويلة الأمد في جميع التطبيقات.

كيف تعمل الروبوتات الفطرية

نمّى الباحثون الغزل الفطري ضمن واجهة تسجيل كهربائي، واستخدموا نظام تحكم يربط تغير الإشارات بحركة الروبوت. لا يلزم من ذلك أنهم درّبوا نموذج ذكاء اصطناعي لفهم الفطر.

صُممت الواجهة لتقليل أثر الاهتزاز والتداخل الكهرومغناطيسي على تسجيل الإشارات الضعيفة.

أتاحت المنظومة تسجيل النشاط أثناء حركة الروبوت من دون وصلة خارجية، وهو تقدم تجريبي لا ضمان لمدة تشغيل تجارية غير محدودة.

استجابت النماذج للضوء. واقترح الباحثون تطوير استجابة لمؤثرات كيميائية في المستقبل.

قد يتيح ذلك لاحقًا حساسات لتقييم كيمياء التربة والمساعدة في إدارة الأسمدة. لكنه لم يكن تطبيقًا زراعيًا مكتملًا في التجربة. تناولنا الروبوتات الزراعية في مقال «الروبوتات الزراعية: تطبيقات ينبغي للمستثمرين متابعتها».

استشعار مسببات المرض احتمال بحثي آخر، ولم تُثبت التجربة نظامًا جاهزًا للكشف عنها.

مجال متعدد التخصصات

يجمع هذا المجال بين تخصصات متعددة، ولا تزال أساليب تطويره ومعايير تقييمه تتشكل.

أوضح أناند ميشرا أن بناء المنظومة تطلب الجمع بين الهندسة الميكانيكية والإلكترونيات وعلم الفطريات والفسيولوجيا العصبية ومعالجة الإشارات.

أناند ميشرا — باحث في مختبر الروبوتات العضوية الذي يقوده روب شيبرد.

تعاون ميشرا مع بروس جونسونفي تسجيل الإشارات الكهربائية للغزل الفطري، ومع كاثي هودجفي زراعة مزارع فطرية نظيفة وتقليل التلوث عند إدخال الأقطاب. وتؤكد هذه الاحتياطات أن الفطر لا يستغني عن الحماية من التلوث.

النماذج الأولية الأولى

صنع الفريق نموذجين: روبوتًا لينًا ذا أرجل يشبه العنكبوت، وآخر مزودًا بعجلات.

المصدر: جامعة كورنيل

تحرك النموذجان باستخدام تحكم مستمد من النبضات الطبيعية في الغزل الفطري، وتغير نمط الحركة عند التعرض للأشعة فوق البنفسجية. وظلت الطاقة الكهربائية للمحركات منفصلة عن دور الفطر الحسي.

الاستثمار في الروبوتات البيولوجية واللينة

قد تتوسع الروبوتات اللينة والحيوية في مجالات مثل الخدمات اللوجستية والزراعة والرعاية. ولكل تطبيق متطلبات سلامة واعتمادية تختلف عن نماذج المختبر.

يمكن تداول أسهم شركات مرتبطة بالروبوتات عبر وسطاء مختلفين. هنا على securities.ioتوجد مقارنات لوسطاء في الولايات المتحدة, كندا, أستراليا, المملكة المتحدة, ودول أخرى.

يمكن أيضًا دراسة صناديق متداولة تركز على شركات الروبوتات، مثل GlobalX Robotics & Artificial Intelligence ETF (BOTZ), iShares Automation & Robotics UCITS ETF (RBOT)أو Global Robotics & Automation Index ETF (ROBO)، أو الاطلاع على مقال «خمسة صناديق متداولة للروبوتات والذكاء الاصطناعي». تختلف حيازات الصناديق وتكاليفها ومخاطرها، ولا يضمن التنويع تحقيق الربح.

ويمكن الرجوع إلى مقال «عشر شركات في مجال الروبوتات».

شركات الروبوتات

1. Soft Robotics

كانت Soft Robotics شركة خاصة، وليست شركة مدرجة. وفي أغسطس 2024 أعلنت بيع نشاط المقابض اللينة إلى مجموعة Schmalz والتحول إلى Oxipital AI مع التركيز على الرؤية الحاسوبية والذكاء الاصطناعي.

جمع نظام mGripAI تاريخيًا بين الرؤية ثلاثية الأبعاد والذكاء الاصطناعي والمقابض اللينة لمعالجة الأغذية. أمكن دمجه مع روبوتات صناعية، لكنه لم يستخدم حساسات فطرية في البحث المعروض هنا.

المصدر: Soft Robotics

لا تثبت الخبرة بالمقابض اللينة أن الشركة طبقت موائع الرغوة أو الغزل الفطري. وهذه أفكار مختلفة تحتاج إلى تقييم مستقل.

يعرض الفيديو التالي مثالًا تاريخيًا على عمل mGripAI.

تشمل التطبيقات العملية للمشغلات والمقابض اللينة مناولة المنتجات الغذائية والمواد الحساسة.

قد تدعم تطورات الرؤية والذكاء الاصطناعي والطاقة والمواد مهامًا أخرى، لكن الجدوى والسلامة في الرعاية أو الخدمات تحتاج إلى اختبارات خاصة.

قد يكون الاستشعار الكيميائي الفطري مفيدًا مستقبلًا لكشف مركبات ضارة أو تغيرات في الغذاء. لم تُظهر الدراسة دمجه في FlexPicker أو إثبات دقة مثل هذا الكشف.

2. Boston Dynamics

طورت Boston Dynamicsالروبوت الرباعي Spot القادر على صعود الدرج والتنقل في مواقع صناعية معينة. بلغ سعر إطلاقه الأساسي في 2020 نحو 74,500 دولار، وتختلف تكاليف التهيئة والملحقات.

يمكن لبعض تهيئات Spot الشحن ذاتيًا وتنفيذ مهام مبرمجة وتجنب عوائق. ويظل بحاجة إلى صيانة وإعداد وإشراف بحسب المهمة؛ فلا تعني هذه الميزات عملًا دائمًا بلا تدخل. ذكرت الشركة أنأكثر من ألف روبوت Spot كانت تعمل لدى العملاء في 2022. هذا عدد روبوتات، لا عدد العملاء بالضرورة.

تشمل استخداماته التفتيش في التصنيع والطاقة والبناء، والبحث والتعليم، وبعض المهام الحكومية.

إضافة حساسات فطرية إلى مثل هذه المنصة احتمال بحثي، وليس ميزة تجارية مثبتة في Spot.

عندما أُنجزت صفقة الاستحواذ في 2021، امتلكت مجموعة Hyundai حصة 80% من Boston Dynamics، واحتفظت شركة تابعة لـSoftBank بنسبة 20%. هذه هي بنية الصفقة التاريخية.

اشتهرت Boston Dynamics أيضًا بتطوير الروبوت البشري Atlas.

المصدر: Boston Dynamics

تنتمي Hyundai إلى قطاع صناعي واسع في كوريا الجنوبية يرتبط بمجموعات الأعمال المعروفة باسمالتشيبول.

قد تزيد شيخوخة السكان ونقص العمالة من الاهتمام بالأتمتة. وفي هذا السياق، كان معدل الخصوبة في كوريا الجنوبية 0.78 مولود لكل امرأة في 2022. الأتمتة أحد الخيارات لمواجهة التغير الديموغرافي، وليست الحل الوحيد أو ضمانًا لتجاوز آثاره.

تنسجم بعض مشاريع الروبوتات مع استراتيجية Hyundai للأتمتة. وأي نسب متوقعة مثل «زيادة معدل الأتمتة 78% وإنتاجية الفرد 38%» يجب ربطها بخطة وموقع وفترة محددة، لا اعتبارها نتيجة عامة تحققت في المجموعة كلها.