روبوتات لينة شبه مستقلة لتوفير الأرواح

عندما تفكر في الروبوتات، من المحتمل أن تتخيل آلة صلبة يمكنها إنجاز مهام أو مساعدتك في مشاريعك. ومع ذلك، هناك فئة أخرى من الروبوتات تثير الانتباه وتحقق الابتكار – روبوتات لينة. هذه الأجهزة الفريدة يمكنها تغيير شكلها وإجراءاتها لتلبية العديد من المهام. هنا ما تحتاج إلى معرفته.

ما هي الروبوتات اللينة ولماذا هي مبدعة؟

سوق الروبوتات اللينة هو سوق مثير ي看到 تحسينات وتطورات كبيرة. يرى العديد من الأشخاص هذه الأجهزة على أنها مفتاح الجهود الإنسانية في حالات الكوارث. طبيعتها اللينة والقابلة للتعديل تسمح لها بالضغط من خلال فتحات صغيرة وأنابيب عند الحاجة، مما يسمح للروبوت بالوصول إلى المواقع الأكثر صعوبة التي سيكون من المستحيل الوصول إليها باستخدام الخيارات التقليدية.

تم بناء الروبوتات اللينة من مواد مرنة تسمح لها بالتغير والانحناء في هيكلها حسب الحاجة. تأتي هذه الأجهزة في العديد من الأشكال، مع بعضها مصمم للاستطالة من خلال الأنابيب مثل الثعبان، في حين يمكن لآخرين طي أو لف إلى شكل كروي، مما يوفر وصولاً أفضل عند الحاجة.

التحديات الرئيسية التي تعيق تطوير الروبوتات اللينة

الروبوتات اللينة ليست مثالية. تصميمها وmaterials الخاص بها يجعل من الصعب إنشاء هذه الأجهزة مع توازن بين الأداء ووضع المكونات في المناطق التي لا تعيق مرونتها. في الماضي، كان المهندسون يحددون الإلكترونيات المستخدمة للمساعدة في تقليل صلابة الإلكترونيات اللينة.

تقليل الحساسات المتكاملة في هذه الأنظمة يساعد على القضاء على اللوحات الصلبة والخادمة، ولكنها تعني أيضًا أن هذه الأجهزة عادة ما تكون محدودة بنظام اتصال من طرف إلى طرف. هذه الأنظمة هي طريقة توجيه الروبوت من قبل الطيار من خلال التضاريس الخشنة.

مع الاعتراف بالقيود في هذا النهج، قدم فريق من المهندسين المبتكرين من مؤسسات بحثية رائدة تصميمًا محسّنًا للروبوت اللين يقلل من الصلابة ويزيد الأداء على الصعيد العام.

دراسة كسر تظهر روبوتات لينة أكثر ذكاءً ومرونة

دراسة “النظام المتكامل اللاسلكي المتعدد الوظائف البرمجي للروبوت اللين” المنشورة في Nano-Micro Letters تقدم مفهوم روبوت لين جديد أكثر قدرة ومأمونية من الخيارات السابقة. كجزء من قدرات الروبوت المحسنة، قدم الفريق مجموعة من الحساسات التي تسمح للأجهزة باتخاذ قرارات شبه مستقلة بناءً على وضعها وحوله.

Source – Jennifer M. McCann

داخل تصميم الروبوتات اللينة الجديدة

كجزء من تصميم الروبوت اللين الجديد، بدأ الفريق بإنشاء تخطيط الروبوت اللين من الصفر. لقد أدركوا أنهم يحتاجون إلى إنشاء الأجهزة بطريقة تسمح لها بالوصول إلى أشكال وحركات متعددة مع استهلاك طاقة أقل. لتحقيق هذه المهمة، يدمجون مصفوفات مركبة لينة مغناطيسية مع إلكترونيات متعددة الوظائف قابلة للتشكيل.

كيف يحافظ المهندسون على مرونة الروبوتات اللينة المتقدمة

حفظ الروبوتات اللينة مرونة هو مشكلة كبيرة للمصممين والمهندسين على حد سواء. كل مرة تضيف شريحة إلكترونية أو حساسًا أو بطارية أو خادعة، تقلل من مرونة جزء الروبوت بشكل كبير. بالتالي، الروبوتات اللينة الأكثر قدرة عادة ما تكون أقل مرونة لأن مكوناتها الأساسية لا يمكن أن تنحني بدون فشل.

قضى الفريق وقتًا طويلاً في مناقشة الدائرة اللاسلكية المثالية والحساسات والأجهزة. من هناك، كان على المهندسين تحديد أفضل موقع لهذه الأجهزة التي سوف تؤثر على الحركة. في النهاية، تم الاتفاق على تخطيط محدد يفرق الإلكترونيات بطريقة تسمح للروبوت بالتحرك بالكامل ولف حتى الكرة عند الحاجة.

الحركة المغناطيسية: كيف تتحرك هذه الروبوتات اللينة

كان على المهندسين بعد ذلك تحديد كيفية تزويد الروبوت بقدرة على تغيير شكله. لهذا الخطوة، لجأوا إلى مركبات مغناطيسية متعددة. على وجه التحديد، يتم تحضير المركبات المغناطيسية الخفيفة bằng خلط WcMPs المتراكمة مع مطاط السيليكون ووكيل التماسك.

من هناك، تم استخدام ليزر لتنميط المركبات المغناطيسية اللينة قبل تطبيق الحرارة. الخطوة التالية تتطلب من المهندسين برمجة مجال مغناطيسي خارجي (200 مT) لتحويل وتوجيه اتجاه الجسيمات المغناطيسية المدمجة. أخيرًا، تم السماح للمغناطيسات الجديدة بالتبريد.

تم تصميم هذه المغناطيسات المخصصة للخضوع لتحول مرحلة عند درجة حرارة منخفضة، مما يسمح للمهندسين بتحويل القطبية المغناطيسية في ثوان. من خلال تعديل قوة المجال واتجاهه، يمكن للفريق جعل الروبوت يؤدي مهام واشكال معينة. ويلاحظون أنهم يمكنهم جعل جهازهم ينحني ويتقلب ويزحف باستخدام هذه الطريقة.

توجيه الروبوتات اللينة بدقة باستخدام الحقول المغناطيسية

أنشأ المختبر مادة مغناطيسية تم دمجها في هيكل الروبوت المرن. هذا الإجراء سمح للمهندسين بالسيطرة على الأجهزة باستخدام الحقول المغناطيسية. طبق المهندسون المجال عبر مغناطيس دائم يدوية ومغناطيس كهرومغناطيسي مخصص.

الحساسات المتكاملة التي تجعل الروبوتات اللينة شبه مستقلة

في قلب هذا البحث كان هناك رغبة في إنشاء أول روبوتات لينة شبه مستقلة. هذه الأجهزة ستدمج مجموعة من الحساسات التي تسمح لها باتخاذ قرارات بناءً على البيئة. على سبيل المثال، يمكن تعيين الوحدة للاستجابة لتغيرات في درجة الحرارة أو الحواجز أو قيود الوقت.

التغلب على التداخل المغناطيسي في إلكترونيات الروبوت اللين

كان على المهندسين أن يدركوا أن نقطة المغناطيس سوف تأتي مع بعض القضايا الجديدة التي يجب معالجتها، وخاصة التداخل. الحقول المغناطيسية رائعة لتنشيط المغناطيس ولكنها ليست جيدة فيما يتعلق بالتداخل الإلكتروني. يمكن أن تسبب هذه الحقول المغناطيسية اضطراب الوظائف الإلكترونية وتخلق الفوضى.

لذلك، قضى المهندسون وقتًا طويلاً في تحديد تخطيط الإلكترونيات المثالي. تمكنوا من تحديد أفضل موقع للحساسات والرقائق بناءً على مستويات التداخل والقوة. هذا الخطوة تضمن أن الروبوت اللين لن يفشل فجأة عند تغيير شكله وتغيير خصائصه الكهرومغناطيسية.

اختبار قدرات الروبوتات اللينة في بيئات حقيقية

لإظهار قدرات روبوتاتهم اللينة، قام الفريق بإنشاء مسار عقبات صغير. تمكنت الوحدة الصغيرة المغناطيسية من عبور مجموعة من التضاريس والعقبات لاستكمال الرحلة بنجاح. يمكن رؤية الروبوت في فيديو منشور يعبر التضاريس bằng تغيير شكله وتخطيطه.

دخلت الروبوت أولاً في أنبوب و形成ت كرة، مما مكنها من المرور بسرعة من العائق. من هناك، واجهت عدة أنواع من التضاريس، تتراوح في التخطيط والارتفاع والخشونة. خلال هذه الاختبارات، كان المهندسون حريصين على مراقبة الاستقرار والأداء الإلكتروني.

كيف تعمل المكونات الإلكترونية تحت التوتر المغناطيسي

تم اختبار المكونات الإلكترونية للروبوت بدقة. قاس هذه الاختبارات تأثير التداخل الكهرومغناطيسي على المكونات الحاسمة للجهاز، مثل المحول، درجة الحرارة، الانفجار، الترانزستور، المكثف، μ-LED، μ-موقد، معالج دقيق (μC)، ثنائي، ونظام شريحة بلوتوث منخفض الطاقة.

النتائج تثبت أن تصميم الروبوت اللين الجديد يزيد الأداء

أثبتت نتائج الاختبار أن تصميم الروبوت اللين الجديد كان فعالًا للغاية وأداء أفضل من الروبوتات اللينة التقليدية. لاحظوا أن الروبوتات الإلكترونية غير المرتبطة والمواد المركبة المغناطيسية المُحسّنة سمحت للمهندسين بالحصول على مجموعة استثنائية من الحركات والأشكال.

يوفر تصميم الروبوت استعراضًا مستقرًا ودقيقًا للوظائف الكهرومغناطيسية المتعددة دون أي خسارة في الحركة الميكانيكية. بالإضافة إلى ذلك، سمحت الحساسات للروبوت باتخاذ قرارات في الوقت الفعلي لتحقيق هدفه. أظهر هذا النهج مرونة وقدرة الأجهزة على أداء مهام معقدة في ظل مجموعة واسعة من الظروف.

فوائد الروبوتات اللينة في الإنقاذ والطب والصناعة

هناك العديد من الفوائد التي تجلبها هذه الدراسة إلى السوق. أولاً، она تفتح الباب لآلات أكثر قدرة ومرنة. استخدام المغناطيس بدلاً من الخدمات يجعل هذه الوحدات أكثر مرونة وأخف وزناً واستجابة. هذه الفوائد تعني أن المهندسين يمكنهم أن يكونوا أكثر إبداعًا في تصاميمهم في المستقبل. كما أنها تمكنهم من تحسين تصاميمهم أو تقليلها بناءً على المتطلبات.

الحالات العملية والمستقبل للروبوتات اللينة

هناك العديد من التطبيقات للروبوتات اللينة في السوق اليوم. من تولي المهام الصناعية إلى العمل جنبًا إلى جنب مع البشر، هذه الأجهزة سوف تغير السوق بطريقة كبيرة. هنا بعض أفضل سيناريوهات الحالات العملية للروبوتات اللينة في السنوات القادمة.

الإنقاذ في حالات الكوارث

يرى العديد من المحللين الروبوتات اللينة على أنها الحل الأمثل للجهود الإنسانية في حالات الكوارث. عندما تحدث كوارث كبيرة مثل الزلازل أو فيضانات، قد تعوق فرق الإنقاذ الكمية الكبيرة من الأنقاض والتدمير الناجم عن الحدث.

تم تصميم الروبوتات اللينة للتنقل بسهولة في هذه الظروف. في المستقبل، يمكن تعيينها مع حساسات تساعد في تحديد الناجين باستخدام تكنولوجيا مثل حساسات النبض أو الأمونيا. يمكن نشر هذه الوحدات بشكل جماعي لتحريكها ببطء من خلال المباني المنحلة أو الغابات الكثيفة حتى يجدوا الحياة. وبالتالي، يمكن أن تصبح أداة قيمة للجهات الاستجابة الأولى في المستقبل.

الطب

لديها الروبوتات اللينة تاريخ طويل ومثير للاهتمام في مجال الطب. يمكن أن تسلم هذه الأجهزة يومًا ما الأدوية إلى مناطق صعبة الاستهداف مثل الكبد أو الكلى. سوف تكون هذه الروبوتات قادرة على التنقل في مسارات الجسم البشري المعقدة وتنفيذ المهام.

على سبيل المثال، يمكن أن تدمج حبة الروبوت حساسات متقدمة يمكنها تتبع البيانات مثل التغيرات في درجة الحموضة أو الضغط في المصدر. يتصور المهندسون يومًا ما يمكن أن تلقى شخصًا حقنة لتحميل الروبوت في جسده لمعالجة أمراض القلب أو تسليم الأدوية أو مراقبة التفاصيل الحيوية.

المساعدة الصناعية

سوف تكون الروبوتات اللينة موجودة في كل مكان في مصانع المستقبل. على عكس نظرائهم الصلبين، يمكن للروبوتات اللينة العمل جنبًا إلى جنب مع البشر دون زيادة فرص الإصابة. بالفعل، كان العلماء يبحثون في نظام استجابة يعتمد على الحساسات الذي من شأنه جعل هذه الوحدات ت phảnع مثل الإنسان عندما يصطدمون بالزملاء، مما يمنع الإصابة.

التعرف على المهندسين وراء ابتكار الروبوت اللين

شمل هذا البحث مشاركين من عدة مؤسسات تعليمية متأثرة بشدة. على وجه التحديد، قاد مهندسو جامعة بنسيلفانيا الدراسة إلى جانب فريق من الباحثين من مؤسسات أخرى.

تذكر التقارير أن Sungkeun Han و Jeong-Woong Shin و Joong Hoon Lee و Bowen Li و Gwan-Jin Ko و Tae-Min Jang و Ankan Dutta و Won Bae Han و Seung Min Yang و Dong-Je Kim و Heeseok Kang و Jun Hyeon Lim و Chan-Hwi Eom و So Jeong Choi و Huanyu Cheng و Suk-Won Hwang هم مساهمون. كما يذكر أن مؤسسة البحث الوطنية في كوريا ومعهد كوريا للعلوم والتكنولوجيا ساهموا في تمويل هذا البحث.

ماذا يأتي بعد للروبوتات اللينة: التقليل الحجمي والطب

وفقًا للمهندسين، لديهم خطط كثيرة لتحسين جهازهم في المستقبل. يأملون في تقليل حجم النظام بشكل أكبر لجعلها مناسبة للاستخدامات الطبية الحيوية. تخيل حبة كانت روبوتًا مصممًا لفحص الأمعاء والنظام الهضمي.

كل هذه الخيارات وأكثرها على الطاولة.

الاستثمار في التكنولوجيا الحيوية

مجال الروبوتات هو قطاع سريع النمو يمتد من الشركات التي تبني آلات حربية إلى آلات دقيقة يمكنك بلعها. شهد هذا القطاع المتنوع استثمارًا وتطورًا كبيرين خلال العقد الماضي. أدى هذا البحث إلى إدخال روبوتات عالية الأداء متاحة تجارياً. هنا شركة واحدة تواصل دفع الابتكار في الروبوتات والتكنولوجيا الحيوية.

iRhythm Technologies: شركة رائدة في مجال مراقبة القلب الذكية

في حين أن الدراسة الحالية ليست تجارية بعد، فإن شركات التكنولوجيا الحيوية مثل iRhythm Technologies تظهر بالفعل وعدًا بدمج الذكاء الاصطناعي مع روبوتات مراقبة الصحة.

تأسست iRhythm Technologies في عام 2006 وهي شركة مسجلة في ديلاوير. أسسها المؤسس Uday N. Kumar لتقديم أنظمة مراقبة قلب متقدمة لفرق الإسعاف الأولى. كان منتجها الأول عبارة عن رقاقة حساسة شهدت تبنيًا في قطاع الرعاية الصحية.

اليوم، تقدم iRhythm Technologies مجموعة من أجهزة مراقبة قلب متقدمة. تدمج هذه الوحدات الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي لتحديد اضطرابات القلب بشكل أسرع. يلاحظ أن الشركة تواصل تحسين منتجاتها والذكاء الاصطناعي من خلال دمج بياناتها في أجهزة مستقبلية. أولئك الذين يبحثون عن الوصول إلى شركة تكنولوجيا حيوية تلقت بالفعل دعمًا قويًا من السوق يجب أن يفكروا في IRCTC.

أحدث أخبار iRhythm Technologies

لماذا يمكن أن تكون الروبوتات اللينة حاسمة في المستقبل القريب

عندما تتحقق من سيناريوهات الحالات العملية وقدرات هذه الأجهزة، من السهل أن نرى أنها تملأ فجوة لا يمكن أن تملأها الروبوتات التقليدية. وبالتالي، من المتوقع أن تزيد الطلب على هذه الأجهزة الفريدة مع تحسن فهم قدراتها.

幸يًا، تساعد هذه الدراسة الأخيرة على إلقاء الضوء على هذه الأجهزة وتفتح الباب للاختراع أكثر. لل现在، يمكن لأي شخص مهتم بمساعدة تسمية هذه الروبوتات إرسال أفضل خياراتهم إلى Cheng على [email protected].

تعلم المزيد عن روبوتات أخرى رائعة هنا.

الدراسات المذكورة:

^{1. Han, S., Shin, JW., Lee, J.H. et al. النظام المتكامل اللاسلكي المتعدد الوظائف البرمجي للروبوت اللين. Nano-Micro Lett. 17, 152 (2025). https://doi.org/10.1007/s40820-024-01601-3}