ابتكر العلماء أصغر وأخف وأسرع روبوتات صغيرة تعمل بكامل طاقتها في العالم

قام الباحثون في جامعة ولاية واشنطن بتطوير أصغر وأسرع الروبوتات الدقيقة، والتي من المحتمل أن تحول المجالات من التلقيح الاصطناعي إلى الجراحة. باستخدام سبائك ذاكرة الشكل للحركة، تطمح هذه الروبوتات – وهي أخف وزنًا وأسرع بشكل ملحوظ من النماذج السابقة – إلى تحقيق قدر أكبر من الاستقلالية والكفاءة من خلال محاكاة سلوك الحشرات الطبيعي. الائتمان: خدمات الصور WSU.

اثنان من الروبوتات الشبيهة بالحشرات، حشرة صغيرة وطائرة مائية، تم تطويرهما في جامعة ولاية واشنطن ، وهما أصغر وأخف وأسرع روبوتات صغيرة تعمل بكامل طاقتها تم إنشاؤها على الإطلاق.

ويمكن استخدام مثل هذه الروبوتات المصغرة يومًا ما للعمل في مجالات مثل التلقيح الاصطناعي، أو البحث والإنقاذ، أو المراقبة البيئية، أو التصنيع الدقيق، أو الجراحة بمساعدة الروبوتات. في تقرير عن عملهم في وقائع المؤتمر الدولي لجمعية IEEE للروبوتات والأتمتة حول الروبوتات والأنظمة الذكية، يبلغ وزن الحشرة الصغيرة ثمانية ملليجرامات بينما يزن متزلج الماء 55 ملليجرامًا. ويمكن أن يتحرك كلاهما بسرعة ستة ملليمترات في الثانية تقريبًا.

اختراقات في السرعة والتصغير

وقال كونور تريجستاد، طالب الدكتوراه في كلية الهندسة الميكانيكية وهندسة المواد والمؤلف الرئيسي لهذا العمل: “هذا سريع مقارنة بالروبوتات الصغيرة الأخرى على هذا النطاق على الرغم من أنها لا تزال متخلفة عن أقاربها البيولوجيين”. يصل وزن النملة عادةً إلى خمسة ملليجرامات ويمكنها التحرك بسرعة متر تقريبًا في الثانية.

المفتاح للروبوتات الصغيرة هو مشغلاتها الصغيرة التي تجعل الروبوتات تتحرك. استخدم تريجستاد تقنية تصنيع جديدة لتصغير المشغل إلى أقل من مليجرام، وهو أصغر مشغل تم تصنيعه على الإطلاق.

“إن المحركات هي الأصغر والأسرع التي تم تطويرها على الإطلاق للروبوتات الدقيقة،” قال نيستور أو. بيريز أرانسيبيا، أستاذ مشارك في الهندسة في كلية فلاهيرتي للهندسة الميكانيكية وهندسة المواد بجامعة WSU والذي قاد المشروع.

تكنولوجيا المحرك المتقدمة

يستخدم المحرك مادة تسمى سبيكة ذاكرة الشكل القادرة على تغيير الأشكال عند تسخينها. وتسمى “ذاكرة الشكل” لأنها تتذكر شكلها الأصلي ثم تعود إليه. على عكس المحرك النموذجي الذي يحرك الروبوت، لا تحتوي هذه السبائك على أي أجزاء متحركة أو مكونات دوارة.

قال تريجستاد: “إنها سليمة ميكانيكيًا للغاية”. “إن تطوير مشغل خفيف الوزن للغاية يفتح آفاقًا جديدة في مجال الروبوتات الدقيقة.”

لا تُستخدم سبائك ذاكرة الشكل بشكل عام في الحركة الروبوتية واسعة النطاق لأنها بطيئة جدًا. ومع ذلك، في حالة روبوتات WSU، فإن المحركات مصنوعة من سلكين صغيرين من سبائك الذاكرة يبلغ قطرهما 1/1000 من البوصة. مع كمية صغيرة من التيار، يمكن تسخين الأسلاك وتبريدها بسهولة، مما يسمح للروبوتات برفرفة زعانفها أو تحريك أقدامها بما يصل إلى 40 مرة في الثانية. وفي الاختبارات الأولية، كان المحرك أيضًا قادرًا على رفع أكثر من 150 ضعف وزنه.

بالمقارنة مع التقنيات الأخرى المستخدمة لجعل الروبوتات تتحرك، فإن تقنية SMA لا تتطلب سوى كمية صغيرة جدًا من الكهرباء أو الحرارة لتحريكها.

الاتجاهات المستقبلية والتحسينات

وقال تريجستاد: “يتطلب نظام SMA أنظمة أقل تعقيدًا لتشغيلها”.

كان تريغستاد، وهو صياد متعطش للذباب، يراقب منذ فترة طويلة طيور الماء ويرغب في دراسة تحركاتها بشكل أكبر. في حين أن روبوت WSU المائي يقوم بحركة رفرفة مسطحة لتحريك نفسه، فإن الحشرة الطبيعية تقوم بحركة تجديف أكثر كفاءة بأرجلها، وهو أحد الأسباب التي تجعل الحشرة الحقيقية تتحرك بشكل أسرع بكثير.

يرغب الباحثون في تقليد حشرة أخرى وتطوير روبوت من نوع متزلج الماء يمكنه التحرك عبر الجزء العلوي من سطح الماء وكذلك تحته مباشرة. إنهم يعملون أيضًا على استخدام بطاريات صغيرة أو احتراق حفاز لجعل الروبوتات الخاصة بهم مستقلة تمامًا وغير مقيدة بمصدر الطاقة.