التحكم الهوائي داخل الرغوة في الروبوتات اللينة

من الروبوتات الصلبة إلى الروبوتات اللينة

عندما نفكر في الروبوتات، قد نتخيل آلات صناعية ضخمة أو شخصيات من الخيال العلمي، من الهيكل المعدني في Terminator إلى روبوتات فيلم I, Robot والروبوتات البشرية الحديثة.

المصدر: Sanctuary

تعتمد كثير من الروبوتات التقليدية على هياكل صلبة ومحركات كهربائية أو أنظمة هيدروليكية وهوائية لإحداث الحركة.

لكن التطبيقات التي تتعامل مع جسم الإنسان أو الثمار الهشة قد تحتاج إلى مواد أكثر مرونة وتحكم أدق بالقوة لتقليل الضرر.

يدرس مجال الروبوتات اللينة مواد وهياكل قابلة للتشوه. وقد تناولنا سابقاً دور الطباعة ثلاثية الأبعاد والهلاميات المائية في هذا المجال.

ومن الاتجاهات البحثية الجديدة استخدام تدفق الهواء داخل الرغوة المسامية للاستشعار والتحكم.

من الدوائر الهوائية إلى التحكم باستخدام الرغوة

درس باحثون في جامعة رايس كيف يمكن للرغوة مفتوحة الخلايا أن تؤدي وظائف استشعار وتحكم هوائي. ونشروا نتائجهم في دراسة بعنوان «Embedded Fluidic Sensing and Control with Soft Open-Cell Foams».

تنطلق الفكرة من الدوائر المنطقية الهوائية التي تستخدم تغيرات الضغط والتدفق بدلاً من الإشارات الكهربائية لأداء وظائف محددة.

قد تصبح بعض تصميمات الدوائر الهوائية التقليدية كبيرة ومعقدة عند إضافة وظائف كثيرة. لذلك بحث الفريق عن وسيلة لدمج الوظائف في المادة نفسها.

استفاد الباحثون من تغير مقاومة تدفق الهواء عبر مسام الرغوة عند ضغطها، ومن ترتيب طبقاتها لضبط الاستجابة. يتيح ذلك تنفيذ وظائف استشعار وتحكم معينة، ولا يعني استبدال جميع الإلكترونيات بحاسوب رغوي عام.

المصدر: جامعة رايس

دائرة تماثلية مدمجة

يمكن مثلاً أن يستجيب جزء لين من النظام للضغط الخارجي. في التصميم التقليدي قد تتطلب الوظيفة حساسات ووحدة تحكم ومشغلاً منفصلاً، بينما يمكن دمج بعض الاستجابة في البنية الرغوية.

تتغير مقاومة التدفق عندما تتشوه الرغوة، ويمكن استغلال ذلك للتحكم في مشغل هوائي. تعتمد العلاقة بين القوة والانحناء على التصميم، ولا يلزم أن يكون نصف الضغط مساوياً لنصف الانحناء.

المصدر: جامعة رايس

كان من التحديات أن الهواء قابل للانضغاط، وتتغير كثافته مع الضغط. لذلك تطلب وصف التدفق داخل المسام نموذجاً يأخذ هذه الخصائص في الحسبان.

ساعد النموذج النظري على توقع سلوك الرغوة وتصميم دوائر قابلة للضبط. ويظل اختبار التصميم في الظروف الفعلية ضرورياً للتحقق من أدائه.

التطبيقات

يمكن دمج الاستشعار والتحكم في مواد مرنة، ما قد يقلل الحاجة إلى بعض المكونات الإلكترونية عند موضع الاستخدام. لكن النظام يحتاج إلى مصدر للهواء المضغوط؛ غياب البطارية عن جزء منه لا يعني أنه يعمل بلا طاقة. وتظل تطبيقات الأقمشة والملابس مجالاً للتطوير.

الهياكل والبدلات الخارجية

من التطبيقات المحتملة دعم أشخاص لديهم محدودية في الحركة. توجد بالفعل هياكل خارجية تستخدم تقنيات أخرى، وقد تناولنا هذا المجال في «الاستقلالية والحركة بمساعدة الروبوتات: كيف يمكن للبدلات الخارجية مساعدة المصابين بمرض باركنسون».

وقد تُستخدم التقنيات المساعدة أيضاً لتخفيف الجهد في الأعمال التي تتطلب الرفع، مثل المستودعات والمصانع وبعض المهام العسكرية.

قد تسمح المواد الرغوية مستقبلاً بإدماج بعض الوظائف في ملابس أو بدلات أكثر مرونة. لكن الدراسة لا تثبت أن البدلات الطبية الحالية يمكن استبدالها بالكامل بهذه التقنية أو أنها تمنع الإصابات فعلاً.

الواقع الافتراضي والتغذية الراجعة اللمسية

تولد الأنظمة اللمسية إحساساً باللمس أو القوة استجابة لإشارة. وتُستخدم في المحاكاة وواجهات التفاعل المختلفة.

يمكن توظيف الاستشعار والتحكم الهوائيين في واجهات لمسية مرنة. أما تحسين تدريب الأطباء أو فرق الطوارئ فهو استخدام محتمل يحتاج إلى تطوير وتقييم، وليس نتيجة سريرية أثبتتها الدراسة.

المصدر: جامعة رايس

الاستثمار في الروبوتات اللينة

قد تتوسع الروبوتات اللينة في المناولة والرعاية والخدمات الزراعية. ويعتمد النجاح على المتانة والسلامة والتكلفة والملاءمة للمهمة، لا على مرونة المادة وحدها.

يمكن الاطلاع على شركات الروبوتات من خلال وسطاء مختلفين. وتجدون على securities.ioأدلة عن الوسطاء في الولايات المتحدة, كندا, أستراليا, المملكة المتحدة, ودول أخرى.

ومن الخيارات التي تتيح التعرض لمجموعة من الشركات صناديق مثل Global X Robotics & Artificial Intelligence ETF (BOTZ), iShares Automation & Robotics UCITS ETF (RBOT)أو Global Robotics & Automation Index ETF (ROBO). وقد تساعد هذه الصناديق على التنويع، لكنها تظل معرضة لمخاطر السوق والقطاع والرسوم. يجب التحقق من المنتج وإتاحته في بلد المستثمر.

شركات الروبوتات اللينة

1. Ekso BIONICS

تطور Ekso Bionics هياكل خارجية لإعادة التأهيل وللاستخدام الصناعي. يشير الاختصار ABI إلى إصابات الدماغ المكتسبة، وليس اسم بدلة مستقلة. أما EVO فهو منتج صناعي مساعد، ولا ينبغي تقديمه بوصفه جهازاً طبياً حاصلاً على تصريح لنفس الاستخدامات العلاجية.

تعمل الشركة في تطبيقات طبية وصناعية مختلفة، ويجب تمييز وظيفة كل منتج ووضعه التنظيمي.

نسبة نمو الإيرادات البالغة 38% تخص الربع الثالث من 2023 مقارنة بالربع نفسه من 2022، وليست معدل نمو السنة كاملة.

المصدر: Ekso

في ديسمبر 2022، استحوذت الشركة على وحدة Human Motion and Control التابعة لـParker Hannifin، مضيفة تقنيات وأصولاً مرتبطة بمساعدة الحركة إلى أعمالها.

قد توسع الاستحواذات نطاق المنتجات، لكنها لا تضمن نجاح استراتيجية الاستحواذ أو العوائد المستقبلية.

استخدام الشركة مستقبلاً للتحكم الهوائي داخل الرغوة احتمال بحثي، وليس تعاوناً أو اعتماداً تجارياً أثبتته هذه الدراسة.

2. Soft Robotics

كانت Soft Robotics شركة خاصة غير مدرجة في البورصة. وفي 2018، أعلنت تعاوناً مع ABB Technology Ventures لتطوير حلول مناولة روبوتية لينة. لا يثبت هذا التعاون تبني تقنية الرغوة موضوع الدراسة.

جمعت منظومة mGripAI بين مقابض لينة ورؤية ثلاثية الأبعاد وذكاء اصطناعي للتعامل مع المنتجات الغذائية. ويمكن دمجها مع منصة روبوتية مثل ABB IRB 360 FlexPicker؛ فالـFlexPicker روبوت وليس اسم المقبض نفسه.

المصدر: Soft Robotics

قد تكون خبرة المناولة اللينة ذات صلة بتطبيقات مستقبلية، لكنها لا تثبت أن mGripAI يستخدم دوائر الرغوة. وفي أغسطس 2024، أُعلن بيع أصول mGrip إلى Schmalz وإعادة تسمية النشاط المتبقي إلى Oxipital AI، لذلك يجب مراعاة تاريخ المعلومات عن الشركة.

يعرض الفيديو التالي مثالاً على تشغيل mGripAI.

تُستخدم المقابض والمشغلات اللينة في بعض العمليات الصناعية، ومنها مناولة الأغذية. وتختلف التقنية المناسبة بحسب شكل المنتج وهشاشته وسرعة التشغيل المطلوبة.

قد يتيح التقدم في الرؤية الحاسوبية والتحكم والمواد تطبيقات خدمية أوسع. لكن مساعدة الممرضين أو العاملين في المتاجر والتنظيف بأمان تتطلب تطويراً واختبارات، ولا تعني أن هذه الأعمال كانت جميعها بشرية بالكامل أو ستُؤتمت حتماً.