هل تساءلت يومًا لماذا لا يستطيع الروبوتات المشي وتحريك أجسادها بنفس السلاسة التي نفعلها نحن؟ يمكن لبعض الروبوتات الجري والقفز أو الرقص بكفاءة أكبر من البشر، ولكن حركات أجسادهم تبدو أيضًا ميكانيكية. السبب في ذلك يكمن في العظام التي يفتقرون إليها.
نقص العظام في الروبوتات
على عكس البشر والحيوانات، لا تحتوي الروبوتات على عظام حقيقية أو الأنسجة المرنة التي تربطها؛ بل تحتوي على روابط ومفاصل اصطناعية مصنوعة من مواد مثل ألياف الكربون وأنابيب المعدن. ووفقًا لروبرت كاتزشمان، أستاذ الروبوتات في معهد ETH زيورخ، تتيح هذه الهياكل الداخلية للروبوت القيام بحركات والتقاط الأشياء والحفاظ على وضعيات مختلفة. ومع ذلك، نظرًا لأن الروابط والمفاصل مصنوعة من مواد صلبة، فإن أجساد الروبوتات ليست مرنة وسريعة الحركة وناعمة مثل أجساد البشر. وهذا ما يجعل حركات أجسادهم جامدة بهذا الشكل.
تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد لليد الروبوتية
ومع ذلك، قد لا يكون عليهم البقاء جامدين لفترة طويلة. توصل فريق من الباحثين من معهد التكنولوجيا الفدرالي السويسري (ETH) زيورخ وشركة Inkbit الناشئة في الولايات المتحدة إلى طريقة لطباعة يد روبوتية ثلاثية الأبعاد تحتوي على هيكل داخلي مكون من عظام وأربطة وأوتار مشابهة للإنسان. وما يجعل اليد أكثر تميزًا هو أنها تم طباعتها باستخدام طريقة جديدة تمامًا لترسيب الحبر ثلاثي الأبعاد تسمى “التحكم في الرش بالرؤية” (VCJ).
تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد مقابل الروبوتات
حاليًا، تتم طباعة الروبوتات ثلاثية الأبعاد عادة باستخدام البوليمرات السريعة الشفاء. تتماسك هذه البوليمرات بسرعة أثناء الترسيب. ومع ذلك، لتجنب أي عدم انتظام، “يتطلب كل طبقة مطبوعة تسوية ميكانيكية [عملية تسوية سطح غير مستوٍ باستخدام القوة الميكانيكية]، مما يحد من مستويات النعومة ونوعيات المواد التي يمكن استخدامها”، كما يشير الباحثون. ولهذا السبب، فإن الروبوتات ثلاثية الأبعاد المطبوعة بشكل قياسي ليست مرنة جدًا ومحدودة في أشكالها وموادها.
نظرًا للتصلب السريع للمادة المطبوعة، لا يتوفر للعلماء الوقت لإجراء تعديلات في طبقات مختلفة، ويجب أن يستخدموا خطوات تصنيع منفصلة وتجميعًا لصنع مكونات مختلفة لروبوت واحد. بمجرد الانتهاء من طباعة كل جزء، يقومون بتجميع هذه القطع المختلفة واختبارها بدقة، مما يجعل العملية تستغرق وقتًا طويلاً ومملة.
تقنية VCJ لإعادة التفكير في طباعة الروبوتات ثلاثية الأبعاد
يمكن لطريقة VCJ المقترحة أن تحدث فرقًا كبيرًا. ينطوي هذا العملية على استخدام بوليمرات ثيولين بطيئة الشفاء وناعمة. وقال كاتزشمان، أحد المؤلفين في ورقة جديدة تصف الطريقة الجديدة: “تتمتع هذه البوليمرات بخواص مطاطية جيدة وتعود إلى حالتها الأصلية بسرعة أكبر بكثير بعد الانحناء من البوليمرات البولي أكريلات”.
في نظام VCJ، بالإضافة إلى طابعة ثلاثية الأبعاد، هناك ماسح ثلاثي الأبعاد بالليزر يفحص بصريًا كل طبقة لاكتشاف عدم انتظامات السطح أثناء الترسيب. “يجعل هذا التفتيش البصري عملية الطباعة غير ملامسة تمامًا، مما يسمح بمجموعة أوسع من البوليمرات الممكن إيداعها. على سبيل المثال، قمنا بطباعة بوليمرات ثيولية لأنها سمحت لنا بإنشاء هياكل مقاومة للأشعة فوق البنفسجية والرطوبة”، وفقًا لما قاله كاتزشمان لـ Ars Technica.
بعد الفحص، لا يوجد تسوية ميكانيكية للطبقة المودعة. بدلاً من ذلك، يتم طباعة الطبقة التالية بطريقة تعوض جميع العدم انتظامات في الطبقة السابقة. “يعوض آلية التغذية الراجعة عن هذه العدم انتظامات عند طباعة الطبقة التالية عن طريق حساب أي تعديلات ضرورية لكمية المادة التي سيتم طباعتها في الوقت الحقيقي وبدقة فائقة”، وفقًا لما قاله ووجتشيك ماتوسيك، أحد مؤلفي الدراسة وأستاذ علوم الحاسوب في MIT.
علاوة على ذلك، يدعي الباحثون أن هذا النظام المغلق يسمح لهم بطباعة الهيكل الكامل للروبوت دفعة واحدة. “يمكن طباعة يدنا الروبوتية دفعة واحدة، لا يلزم التجميع. هذا يسرع عملية التصميم الهندسي بشكل كبير – يمكن للشخص أن ينتقل مباشرة من فكرة إلى نموذج وظيفي ودائم. تتجنب التكلفة المكلفة للأدوات والتجميع الوسيط”، أضاف كاتزشمان.
مستقبل تقنية VCJ
باستخدام تقنية VCJ، نجح الباحثون في طباعة يد روبوتية تحتوي على هياكل داخلية مشابهة ليد إنسان. تم تجهيز اليد بأجهزة اللمس ومستشعرات الضغط، وتحتوي على 19 هيكلًا شبيهًا بالأوتار (في البشر، الأوتار هي الأنسجة الليفية التي تربط العظام بالعضلات) تسمح لها بتحريك المعصم والأصابع. يمكن لليد أن تشعر باللمس، وتمسك الأشياء، وتوقف الأصابع عندما تلامس شيئًا. (استخدم الباحثون بيانات الرنين المغناطيسي من يد إنسان حقيقية لنمذجة بنائها.) مستقبل تقنية VCJ
بالإضافة إلى اليد، قاموا أيضًا بطباعة قلب روبوتي وروبوت بستة أرجل ومادة متحولة قادرة على امتصاص الاهتزازات في محيطها. يشير الباحثون إلى أن جميع هذه الروبوتات تعمل كأنظمة هجينة ناعمة-صلبة (روبوتات مصنوعة من مواد ناعمة وصلبة) يمكنها التفوق على الروبوتات الصلبة من حيث المرونة والتغلب على المشاكل المتعلقة بالتصميم والمقياس التي تواجه الروبوتات الناعمة.
نظرًا لأن الروبوتات الناعمة مصنوعة من مواد مرنة مثل السوائل أو المطاطات، فإنه من الصعب على العلماء الحفاظ على هندستها وقوتها عند مقاييس أكبر، حيث قد يصعب على المواد الحفاظ على خواصها الفيزيائية والتكيف مع البنية. بالإضافة إلى ذلك، فإن التحكم وتوفير الطاقة لروبوت ناعم بحجم سنتيمتر أو ميليمتر أسهل بكثير؛ ولهذا السبب يتم تصغيرها. من ناحية أخرى، فإن تقنية VCJ لديها القدرة على إنتاج روبوتات هجينة ناعمة-صلبة قابلة للتوسع.
وقال كاتزشمان لـ Ars Technica: “نتوقع أن تحل تقنية VCJ محل جميع طرق الطباعة بالحبر التي تعتمد على الاتصال. مع VCJ، يمكنك البدء في إنتاج أجزاء وظيفية للروبوتات والزرع الطبي والعديد من الصناعات الأخرى. تجعل الدقة العالية وخواص المواد المناسبة وعمرها الطويل للطباعات من نظام VCJ مفيدة جدًا للأبحاث والتطبيقات التجارية”.
المصدر: Nature، 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06684-3
روبندرا براهامبات هو صحفي ومخرج أفلام ذو خبرة. يغطي أخبار العلوم والثقافة، وعمل في السنوات الخمس الماضية مع بعض وكالات الأنباء والمجلات والعلامات التجارية الإعلامية الأكثر ابتكارًا التي تعمل في أجزاء مختلفة من العالم.
اترك تعليقاً