روبوتات ناعمة شبه مستقلة تستعد لإنقاذ الأرواح

عندما تفكر في الروبوتات، من المحتمل أن تتخيل آلة صلبة يمكنها إنجاز المهام أو مساعدتك في مساعيك. ومع ذلك، هناك فئة أخرى من الروبوتات تستمر في إثارة الدهشة وإدخال الابتكار – الروبوتات الناعمة. هذه الأجهزة الفريدة يمكنها تغيير شكلها وحركاتها لتلبية العديد من المهام. إليك ما تحتاج إلى معرفته.

ما هي الروبوتات الناعمة ولماذا تُعدّ مغيرة للعبة؟

قطاع الروبوتات الناعمة هو سوق مثير يستمر في رؤية ترقيات هائلة وابتكارات. يرى الكثيرون هذه الأجهزة كمفتاح لجهود الإغاثة في الكوارث. طبيعة هذه الوحدات الناعمة والقابلة للتعديل تسمح لها بالضغط عبر ثقوب وأنابيب صغيرة عند الحاجة، مما يتيح للروبوت الوصول إلى أصعب المواقع التي سيكون من المستحيل تحقيقها باستخدام الخيارات التقليدية.
تصنع الروبوتات الناعمة من مواد مرنة تسمح لها بتغيير شكلها وثني هيكلها حسب الحاجة. تأتي هذه الأجهزة بأشكال متعددة، حيث تم تصميم بعضها للزحف عبر الأنابيب كالثعبان، بينما يمكن للآخرين أن يطوى أو يدور إلى كرة، مما يوفر وصولًا فائقًا عندما يتطلب الوضع ذلك.

التحديات الرئيسية التي تعيق تطوير الروبوتات الناعمة

الروبوتات الناعمة ليست مثالية. تصميمها وموادها الجوهرية يجعل إنشاء هذه الأجهزة توازنًا بين الأداء وتحديد موضع المكونات في مناطق لا تعيق المرونة. في الماضي، كان المهندسون يحدون من استخدام الإلكترونيات للمساعدة في تقليل صلابة إلكترونيات الروبوتات الناعمة.

تقليل عدد المستشعرات المتكاملة الموجودة في هذه الأنظمة يساعد على القضاء على اللوحات الصلبة والمحركات، لكنه يعني أيضًا أن هذه الأجهزة عادةً ما تكون محدودة بأنظمة اتصال أحادية الاتجاه. تُستخدم هذه الأنظمة لتوجيه المشغل للروبوت عبر التضاريس الوعرة.

مع إدراكهم للقيود في هذا النهج، قدم فريق من المهندسين المبدعين من عدة مؤسسات بحثية رائدة تصميمًا محسّنًا للروبوت الناعم يقلل الصلابة ويعزز الأداء في جميع الجوانب.

دراسة رائدة تكشف عن روبوتات ناعمة أكثر ذكاءً ومرونة

الدراسة “روبوت ناعم مبرمج مدمج نظاميًا متعدد الوظائف ولاسلكي“¹ المنشورة في مجلة Nano-Micro Letters تقدم مفهومًا جديدًا للروبوت الناعم يكون أكثر قدرة وتكلفة أقل من الخيارات السابقة. كجزء من القدرات المحسّنة للروبوت، قدم الفريق مجموعة من المستشعرات التي تسمح للجهاز باتخاذ قرارات شبه مستقلة بناءً على وضعه الحالي ومحيطه.

المصدر – Jennifer M. McCann

داخل تصميم الروبوتات الناعمة من الجيل التالي

كجزء من تصميم الروبوت الناعم الجديد، بدأ الفريق بإعادة إنشاء تخطيط الروبوت الناعم من الصفر. أدركوا أنهم بحاجة إلى صنع الجهاز بطريقة تسمح له بتحقيق أشكال وحركات متعددة مع استهلاك طاقة منخفض. لتحقيق ذلك، دمجوا مصفوفات مركبة ناعمة تستجيب للمغناطيس مع إلكترونيات متعددة الوظائف قابلة للتشوه.

كيف يحافظ المهندسون على المرونة في الروبوتات الناعمة المتقدمة

الحفاظ على مرونة الروبوتات الناعمة يمثل مشكلة رئيسية للمصممين والمهندسين على حد سواء. كلما أضفت شريحة أخرى أو مستشعرًا أو بطارية أو محركًا، فإنك تقيد مرونة ذلك الجزء من الروبوت بشكل كبير. وبالتالي، الروبوتات الناعمة الأكثر قدرة عادةً ما تكون أقل مرونة لأن مكوناتها الأساسية لا يمكنها الانحناء دون فشل.
قضى الفريق الكثير من الوقت في مناقشة الدائرة اللاسلكية المثالية، والمستشعرات، والأجهزة. بعد ذلك، كان على المهندسين تحديد الموقع الأنسب لهذه الأجهزة التي تؤثر على الحركة. في النهاية، تم الاتفاق على تخطيط محدد يوزع الإلكترونيات بطريقة تسمح للروبوت بالتكيف الكامل وحتى الانحناء إلى كرة عند الحاجة.

الحركة المتحكم فيها مغناطيسيًا: كيف تتحرك هذه الروبوتات الناعمة

بعد ذلك، احتاج المهندسون إلى معرفة كيفية تزويد الروبوت بقدرة تغيير شكله. لهذه الخطوة، لجأوا إلى عدة مركبات مغناطيسية. على وجه التحديد، تُحضّر المركبات المغناطيسية بخلط الـWcMPs المُصنّعة مع مادة سيليكون مطاطية وعامل تجفيف.

من هناك، استُخدم الليزر لنقش المركبات الناعمة المغناطيسية قبل تطبيق الحرارة. الخطوة التالية تطلبت من المهندسين برمجة مجال مغناطيسي خارجي (200 ميتا تسلا) لتدوير ومحاذاة اتجاه الجسيمات المغناطيسية المدمجة. أخيرًا، سُمح للمغناطيسات الجديدة بأن تبرد.

صُممت هذه المغناطيسات المصممة خصيصًا لتخضع لانتقال طوري عند درجة حرارة منخفضة، مما يسمح للمهندسين بتغيير القطبية المغناطيسية خلال ثوانٍ. من خلال ضبط قوة المجال واتجاهه، يمكن للفريق جعل الروبوت يؤدي مهامًا وأشكالًا معينة. وأشاروا إلى أنهم تمكنوا من جعل جهازهم ينحني ويلتف ويزحف باستخدام هذه الطريقة.

توجيه الروبوتات الناعمة بدقة باستخدام المجالات المغناطيسية

أنشأت المختبر مادة مغناطيسية تم دمجها في الهيكل المرن للوحدة. مكن هذا الإجراء المهندسين من التحكم في الجهاز باستخدام المجالات المغناطيسية. طبق المهندسون المجال عبر مغناطيسات يدوية ومولدات حقول كهرومغناطيسية.
على وجه التحديد، تم اختيار مغناطيس NdFeB دائم تجاري ومغناطيس أسطواني مخصص كأفضل طريقة لتطبيق مجال مغناطيسي خارجي. تولد هذه الأجهزة قوة كافية لتحريك الروبوت الناعم المغناطيسي.

المستشعرات المتكاملة التي تجعل الروبوتات الناعمة شبه مستقلة

في صميم هذا البحث كان هناك رغبة في صنع أول روبوتات ناعمة شبه مستقلة. ستدمج هذه الأجهزة مجموعة من المستشعرات التي تسمح لها باتخاذ قرارات بناءً على البيئة. على سبيل المثال، يمكن ضبط الوحدة للاستجابة لتغيّر درجات الحرارة أو العقبات أو القيود الزمنية.

التغلب على التداخل المغناطيسي في إلكترونيات الروبوت الناعم

كان المهندسون يعلمون أن وجود المغناطيسات سيتسبب في بعض المشكلات الجديدة التي يجب معالجتها، وخاصة التداخل. المجالات المغناطيسية ممتازة لتفعيل المغناطيسات لكنها ليست جيدة من حيث التداخل الإلكتروني. يمكن لهذه المجالات المغناطيسية أن تعطل وظائف الإلكترونيات وتخلق فوضى.
وبالتالي، قضى المهندسون الكثير من الوقت في تحديد التخطيط المثالي للإلكترونيات. تمكنوا من تحديد أفضل موضع للمستشعرات والرقائق بناءً على مستويات التداخل والقوة المسبقة. هذه الخطوة ضمنت أن الروبوت الناعم لن يفشل فجأة عندما يغير شكله ويعدل خصائصه الكهرومغناطيسية.

اختبار قدرات الروبوتات الناعمة في بيئات واقعية

لإظهار قدرات الروبوتات الناعمة الخاصة بهم، أنشأ الفريق مسار عقبات صغير. تمكن الجهاز الصغير المدفوع بالمغناطيسية من عبور مجموعة متنوعة من التضاريس والعقبات لإكمال الرحلة بنجاح. يمكن رؤية الروبوت في فيديو منشور وهو يعبر التضاريس عن طريق تعديل شكله وتكوينه.