هل تساءلت يومًا لماذا لا يستطيع الروبوتات المشي وتحريك أجسامها بنفس السلاسة التي نفعلها نحن؟ يمكن لبعض الروبوتات الركض والقفز والرقص بكفاءة أكبر من البشر، ولكن حركات أجسامها تبدو أيضًا ميكانيكية. السبب في ذلك يكمن في عدم وجود لديهم عظام حقيقية.
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 أجسام الروبوتات ليست مرنة وسريعة وناعمة مثل أجسام البشر. وهذا ما يجعل حركات أجسامها جامدة.
طريقة طباعة اليد الروبوتية ثلاثية الأبعاد
ومع ذلك، قد لا يكون عليهم البقاء جامدين لفترة طويلة. توصل فريق من الباحثين من المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا (ETH) زيورخ وشركة الناشئة الأمريكية Inkbit إلى طريقة لطباعة ثلاثية الأبعاد لأول يد روبوتية في العالم تحتوي على هيكل داخلي مكون من عظام وأربطة وأوتار مشابهة للإنسان. وما يجعل اليد أكثر تميزًا هو أنه تم طباعتها باستخدام طريقة جديدة تسمى “طباعة الحبر ثلاثية الأبعاد بالتحكم البصري”.
تقنية طباعة الحبر ثلاثية الأبعاد
في الوقت الحالي، تتم طباعة الروبوتات ثلاثية الأبعاد عادة باستخدام البوليمرات السريعة الشفاء. هذه البوليمرات متينة وتتصلب بسرعة أثناء الطباعة. 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 عام ليست مرنة جدًا ومحدودة في أشكالها وموادها.
نظرًا للتصلب السريع للمادة المطبوعة، لا يتوفر للعلماء الوقت لإجراء تعديلات في طبقات مختلفة، ويجب عليهم استخدام خطوات تصنيع منفصلة وتجميعها لصنع مكونات مختلفة لروبوت واحد. بمجرد الانتهاء من طباعة كل جزء، يقومون بتجميع هذه القطع المختلفة واختبارها بدقة، مما يجعل العملية تستغرق وقتًا طويلاً ومملًا.
طريقة طباعة الحبر ثلاثية الأبعاد بالتحكم البصري
هنا يمكن لطريقة VCJ أن تحدث فرقًا كبيرًا. تنطوي عملية طباعة الحبر ثلاثية الأبعاد هذه على استخدام بوليمرات الثيولين الناعمة والبطيئة التصلب. “تتمتع هذه البوليمرات بخواص مطاطية جيدة وتعود إلى حالتها الأصلية بسرعة أكبر بكثير بعد الانحناء مقارنةً بالبوليمرات البولي أكريلات”، كما قال كاتزشمان، أحد المؤلفين في ورقة بحثية جديدة تصف الطريقة الجديدة.
في نظام VCJ، يوجد ماسح ليزر ثلاثي الأبعاد يفحص بصريًا كل طبقة لاكتشاف عدم انتظامات السطح أثناء الطباعة. “يجعل هذا التفتيش البصري عملية الطباعة غير ملامسة تمامًا، مما يسمح بمجموعة أوسع من البوليمرات الممكن إيداعها. على سبيل المثال، قمنا بالطباعة باستخدام بوليمرات الثيول لأنها سمحت لنا بإنشاء هياكل مقاومة للأشعة فوق البنفسجية والرطوبة”، كما قال 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. “يقوم آلية التغذية المرتدة بتعويض هذه العدم انتظامات عند طباعة الطبقة التالية عن طريق حساب أي تعديلات ضرورية لكمية المواد التي ستتم طباعتها في الوقت الحقيقي وبدقة فائقة”، كما قال ووجتشيك ماتوسيك، أحد مؤلفي الدراسة وأستاذ علوم الحاسوب في MIT.
علاوة على ذلك، يدعي الباحثون أن هذا النظام المغلق المتحكم فيه 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. يمكنك تجنب التكاليف المكلفة للأدوات والتجميع الوسيط”، كما أضاف كاتزشمان.
مستقبل طباعة الحبر ثلاثية الأبعاد بالتحكم البصري
باستخدام تقنية VCJ، نجح الباحثون في طباعة يد روبوتية تحتوي على هياكل داخلية مشابهة ليد إنسانية. مجهزة بألواح اللمس ومستشعرات الضغط، تحتوي اليد الروبوتية على 19 هيكلًا شبيهًا بالأوتار (في البشر، الأوتار هي الأنسجة الليفية التي تربط العظام بالعضلات) تسمح لها بتحريك المعصم والأصابع. يمكن لليد الروبوتية أن تشعر باللمس، وتمسك الأشياء، وتوقف الأصابع عندما تلامس شيئًا. (استخدم الباحثون بيانات الرنين المغناطيسي من يد إنسان حقيقية لنمذجة بنائها.) مستقبل طباعة الحبر ثلاثية الأبعاد بالتحكم البصري
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 على مقياس أكبر، حيث قد تكون المواد غير قادرة على الاحتفاظ بخصائصها الفيزيائية والتكامل الهيكلي. بالإضافة إلى ذلك، فإنه من الأسهل التحكم في روبوت ناعم بحجم سنتيمتر أو ميليمتر؛ وهذا هو السبب في أنها تصغر. من ناحية أخرى، فإن تقنية VCJ لديها القدرة على إنتاج روبوتات هجينة ناعمة-صلبة قابلة للتوسع.
وفقًا لكاتزشمان، “نتوقع أن تحل تقنية VCJ في نهاية المطاف محل جميع طرق طباعة الحبر التي تعتمد على الاتصال. باستخدام VCJ، يمكنك البدء في إنتاج أجزاء وظيفية للروبوتات والزرع الطبية والعديد من الصناعات الأخرى. تجعل الدقة العالية وخصائص المواد المناسبة وعمر الطباعة من نظام VCJ مفيدة جدًا للأبحاث والتطبيقات التجارية”، وفقًا لما قاله لـ Ars Technica.
المصدر: Nature، 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06684-3
روبندرا براهامبات هو صحفي ومخرج أفلام ذو خبرة. يغطي أخبار العلوم والثقافة، وعلى مدى السنوات الخمس الماضية، عمل بنشاط مع بعض وكالات الأنباء والمجلات والعلامات التجارية الإعلامية الأكثر ابتكارًا التي تعمل في أجزاء مختلفة من العالم.
اترك تعليقاً