مستقبل جديد للزراعة وتلقيح النباتات.. الحشرات الروبوتية موجودة الآن

تخيل عالما حيث تتولى الحشرات الروبوتية مهمة التلقيح الحاسمة، مما يحرر المزارعين من الاعتماد على نزوات الطبيعة أو اللجوء إلى تلقيح المحاصيل يدويًا باستخدام فرش الرسم.

وتتعهد هذه العجائب التكنولوجية العالية، المستوحاة من ملقحات الطبيعة، بإحداث ثورة في الزراعة من خلال تعزيز الكفاءة وتقليل الأثر البيئي.

ويعمل العلماء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بجد لإعادة اختراع التلقيح الاصطناعي، وهو ما سيقربنا من هذا الواقع المذهل.

رواد صغار للتحولات العملاقة

ومن المتوقع أن تعمل هذه العجائب الميكانيكية الصغيرة التي يقل حجمها عن حجم مشبك الورق على تسريع عملية التلقيح ، وبالتالي زيادة إنتاجية المحاصيل مع تقليل التأثيرات الضارة للزراعة التقليدية على البيئة.

بفضل استلهام النحل، قد تتمكن هذه الحشرات الروبوتية قريبًا من الخروج من خلايا ميكانيكية للقيام بالتلقيح الدقيق، محاكية كفاءة ورشاقة نظيراتها الطبيعية.

بداية الحشرات الروبوتية

استلهم باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تصميم هذه الروبوتات المصغرة من النحل .

ويقود هذا المشروع المبتكر كيفن تشين، الأستاذ المشارك في قسم الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر (EECS)، ورئيس مختبر الروبوتات الناعمة والدقيقة داخل مختبر أبحاث الإلكترونيات (RLE)، والمؤلف الرئيسي لورقة بحثية مفتوحة المصدر حول التصميم الجديد.

أدرك تشين وفريقه، أن الإصدارات السابقة من الحشرات الروبوتية تفتقر إلى القدرة على التحمل والسرعة والقدرة على المناورة التي تتمتع بها الملقحات الطبيعية .

وقد دفعهم هذا إلى إعادة تصميم الروبوتات، ومحاكاة تشريح النحل وميكانيكا طيرانه لتحقيق قدر أكبر من الكفاءة والدقة.

تعاون فريق البحث، بما في ذلك المؤلفان المشاركان Suhan Kim و Yi-Hsuan Hsiao، وطلاب الدراسات العليا في EECS، مع Zhijian Ren والطالب الزائر في الصيف Jiashu Huang لإنتاج نتائجهم التي نُشرت الدراسة كاملةً في مجلة Science Robotics .

تطور الحشرات الروبوتية

تمثل الحشرات الروبوتية الأحدث قفزة كبيرة في التصميم.

يمكن للروبوتات المحسنة أن تحوم لمدة 1000 ثانية تقريبًا – أي أكثر من 100 مرة أطول من سابقاتها.

وتزن هذه الروبوتات أقل من مشبك ورق، وتحقق سرعات مذهلة، وتؤدي حركات بهلوانية مثل القفز المزدوج، وتتبع مسارات معقدة مثل تهجئة كلمة “MIT”.

وتتضمن تحسينات التصميم عمليات نقل أكثر تطوراً تربط الأجنحة بمحركات ناعمة، أو عضلات اصطناعية، مما يقلل من الضغط الميكانيكي مع زيادة الدقة وخفة الحركة.

تتميز كل وحدة الآن بجناح واحد يشير إلى الخارج، مما يقلل التداخل بين الأجنحة ويخلق مساحة للتحسينات المستقبلية، مثل البطاريات الصغيرة أو أجهزة الاستشعار.

التغلب على التحديات

واجهت التصميمات الأولية للطائرة، التي كانت تتكون من أربع وحدات وثماني أجنحة، مشكلات حيث تداخلت الأجنحة مع قوى الرفع الخاصة بكل منها.

“ولكن لا يوجد حشرة لها ثمانية أجنحة، في تصميمنا القديم، كان أداء كل وحدة على حدة دائمًا أفضل من الروبوت المجمع”، كما أشار تشين.

قام الفريق بتقليص عدد الأجنحة إلى النصف وإعادة تكوين محاذاتها، مما أدى إلى تحسين أداء الطيران بشكل كبير.

وكان تصنيع مفصلات الجناح تحديًا آخر.

تتطلب هذه المكونات التي يبلغ طولها 2 سنتيمتر وعرضها 200 ميكرون عملية قطع بالليزر متعددة الخطوات لضمان الدقة.

وأوضح تشين قائلاً: “إذا واجهت مشكلة محاذاة بسيطة أثناء عملية التصنيع، فسوف يكون مفصل الجناح مائلاً بدلاً من أن يكون مستطيلاً، مما يؤثر على حركية الجناح”.

وعد التقدم

وتجعل أحدث الاختراقات في مجال التصميم الفريق أقرب إلى التطبيقات العملية مثل التلقيح المساعد.

قال تشين : “إن كمية الطيران التي أظهرناها في هذه الورقة البحثية ربما تكون أطول من إجمالي كمية الطيران التي تمكن مجالنا من تجميعها باستخدام هذه الحشرات الروبوتية”.

وتتضمن الأهداف المستقبلية تحقيق مدة طيران تتجاوز 10 آلاف ثانية وتعزيز دقة الروبوتات في الهبوط والإقلاع من مراكز الزهور.

وعلى المدى الطويل، يتصور الفريق تجهيز الروبوتات بأجهزة استشعار وبطاريات وقدرات حوسبة للملاحة المستقلة خارج المختبر.

لمحة عن المستقبل

مع استمرار كيفن تشين وفريقه في دفع حدود تصميم الحشرات الآلية، فإن الوعد بإنشاء أسراب من الملقحات العاملة بالبطاريات أصبح أقرب إلى الواقع.

مع كل تكرار، تصبح هذه العجائب المصغرة أكثر كفاءة ورشاقة ودقة، مما يجعلها أقرب خطوة واحدة إلى النشر في بيئات العالم الحقيقي.

يمكن أن يحدثوا تغييراً ثورياً في الزراعة الحديثة من خلال تمكين إنتاج الفواكه والخضروات داخل بيئات خاضعة للرقابة مثل المستودعات متعددة المستويات مع الحشرات الروبوتية لإزالة قيود الموسمية، والتقلبات المناخية، وتراجع الملقحات الطبيعية على إنتاج المحاصيل.

ومن المتصور أن مثل هذا التحول من شأنه أن يؤدي إلى زيادة كبيرة في إنتاج المحاصيل مع فتح الأبواب أمام وسائل أكثر خضرة ومسؤولية لتشغيل المزرعة من خلال أنظمة خالية من المبيدات الحشرية وغير مستهلكة للمياه.

إن الرؤية الكاملة لجيش من الروبوتات الملقحة التي تسير عبر المزارع ترمز إلى التكنولوجيا وعلم المحاكاة الحيوية الذي يعيد تعريف كل ما يتعلق بقطاع الأغذية.

وقد تساعد هذه الروبوتات، يومًا ما، في حل بعض المشاكل الأكثر إلحاحًا في العالم فيما يتعلق بالأمن الغذائي والحفاظ على البيئة.