لا بطاريات بعد الآن: أول روبوت رخو ومستقلٍّ ذاتيا!

الأخطبوط مدعم برد فعل كيميائي ومسيطر عليه من قبل لوحة منطقية لينة. حيث يقوم تفاعل كيميائي داخل الروبوت بتحويل كمية صغيرة من الوقود السائل (بيروكسيد الهيدروجين) إلى كمية كبيرة من الغاز، الذي يتدفق إلى أذرع الأخطبوط وينفخهم كالبالون. الدارة عبارة عن بديل مَرنٍ لمُذَبذِبٍ الكترونيٍّ بسيط، تقوم بالتحكم والضبط عندما يتحول هيدروكسيد الهيدروجين إلى غاز داخل الأخطبوط.

أعلن فريق باحثين بجامعة هارفرد من ذوي الخبرة في الطباعة ثلاثية الأبعاد (المجسمة)، الهندسة الميكانيكية، وعلم الموائع الدقيقة، عن أول روبوت مستقل، غير مقيّدٍ ورَخْوٍ بالكامل.

هذا الروبوت الصغير المطبوع بتقنية «الطباعة ثلاثية الأبعاد» والذي أطلق عليه اسم «الأخطبوط الآلي – Octobot»، بإمكانه تمهيد الطريق لظهور جيل جديد من الآلات المستقلة واللينة كليًا.

يمكن للروبوتات اللينة إحداث ثورة في كيفية تفاعل البشر مع الآلات.
لكن الباحثين قد كافحوا من أجل إنشاء روبوتات متوافقة تمامًا.
حيث أن الطاقة الكهربائية وأنظمة التحكم (كالبطاريات ولوحات الدارات) كانت ولازالت تصمم على مواد صلبة، وحتى الآن، فإن الروبوتات ذات البنية الرخوة كانت إما مقيدة بنظام خارجي أو مجهزة بمكونات صلبة.

قاد هذا البحث كل من «روبرت وود – Robert WOOD»، أستاذ في الهندسة والعلوم التطبيقية بتشارلز ريفر، جامعة هارفارد و «دجينيفر آي لويس – Jennifer A. LEWIS» أستاذة «الهندسة المستوحاة من البيولوجيا» (Biologically Inspired Engineering) بمعهد «هانسجورغ ويس – Hansjorg Wyss» و«مدرسة جون آي بولسون للهندسة والعلوم التطبيقية – John A. PAULSON School of Engineering ans Applied Sciences »، جامعة هارفارد. كما أنهما عضوين أساسين ضمن هيئة تدريس معهد ويس التابع لجامعة هارفارد.

يقول وود: «فكرة صنع روبوتات رخوةٍ بالكامل ليست وليدة الأمس، لكن العائق الذي لطالما حال دون تجسيدها في الواقع هو محاولة استبدال المكونات الصلبة كالبطاريات والدارات بأنظمة رخوةٍ مماثلة ثم وضعها معًا»، ويضيف: «أظهر البحث أنه بإمكاننا، وبسهولة، صنع المكونات الأساسية لروبوت بسيط، ورخوٍ بالكامل، الشيء الذي يرسي الأساس لتصاميم أكثر تعقيدًا».

وعن تصميم الروبوت، تقول لويس: «عبر اعتمادنا لمقاربة التجميع الهجين، تمكنا باستخدام تقنية «الطباعة ثلاثية الأبعاد» من طباعة كل مكون من المكونات الوظيفية المطلوبة داخل جسم الروبوت، بما في ذلك خزان الوقود، الطاقة، ونظام التشغيل بطريقة سريعة»، وتضيف: «الأخطبوط الآلي هو تصميم بسيط الغرض منه إظهار تصميمنا المتكامل واستراتيجية صناعتنا التراكمية في دمج خاصية الاستقلالية».

لطالما اعتُبِر الأخطبوط مصدرَ إلهامٍ في مجال الروبوتات اللينة. هذه المخلوق العجيب يمكنه تأدية حركاتٍ مذهلةٍ تنم عن درجةٍ عاليةٍ من القوة والمهارة بدون وجود هيكل عظمي داخلي.

أخطبوط جامعة «هارفارد» يعتمد على نظام هوائي (Pneumatic)، أي أنه يعمل بفضل غاز تحت الضغط.
تفاعل كيميائي داخل الروبوت يحول كمية صغيرة من الوقود السائل (بيروكسيد الهيدروجين) إلى كمية كبيرة من الغاز.
الذي يتدفق إلى أذرع الأخطبوط فينفخهم كالبالون.

يقول «مايكل وينر – Michael Wehner» زميل ما بعد الدكتوراه (Post-Doctoral fellow) بمختبر «وود» وأحد ناشري الورقة البحثية: «إن مصادر الوقود للروبوتات الرخوة كانت تعتمد دائمًا على أنواع من المكونات الصلبة»، ثم يضيف: «الأمر المذهل في بيروكسيد الهيدروجين هو أن تفاعلًا كيميائيًّا بسيطًا بين المادة الكيميائية والمحفز _وهو البلاتين في هذه الحالة_ يسمح لنا باستبدال مصادر الطاقة الصلبة».

للتحكم في التفاعل، استخدم الفريق دارة منطقية للموائع الدقيقة (Microfluidic) اعتمادا على العمل المبتكر لناشر الورقة البحثية والكيميائي «جورج وايتسايدس -George WHITESIDES»، أستاذ بجامعة «وودفورد وآن فلاورز» وعضو هيئة التدريس في «ويس».

الدارة عبارة عن بديل مَرنٍ لمُذَبذِبٍ الكترونيٍّ بسيط، تقوم بالتحكم والضبط عندما يتحول هيدروكسيد الهيدروجين إلى غاز داخل الأخطبوط.

يقول «راين تروبي – Ryan TRUBY»، طالب متخرج من مختبر «لويس» وأحد ناشري الورقة البحثية: «النظام بأكمله سهل الصنع، عبر الجمع بين ثلاث طرق للتصنيع: الطباعة الحجرية، الصبّ، والطباعة ثلاثية الأبعاد، بحيث يمكننا صنع هذه الأجهزة بسرعة».

تمهد بساطة عملية التجميع الطريق لإنشاء تصاميم معقدة أكثر.
يأمل فريق بحث جامعة «هارفارد» مستقبلا في تصميم أخطبوط بمقدوره الزحف، السباحة، والتفاعل مع البيئة المحيطة به.

وكخلاصة للابتكار، يضيف «تروبي»: «هذا البحث يعتبر إثباتًا للفكرة.
نأمل أن يكون منهجنا في إنشاء الروبوتات اللينة المستقلة ذاتيًا مُلهِمًا لعلماء «الإنساليات» (Robotics)، علماء المواد وكذا الباحثين المُنصبِّين على الصناعات المتقدمة».