روبوتات صغيرة مستوحاة من السالمونيلا تتحرك بدون بطاريات

طور فريق من الباحثين في الصين والولايات المتحدة روبوتات ناعمة مزودة بمذبذب منسق (CoMO) يمكنها إجراء حركات ميكروسكوبية مستمرة من خلال الاستفادة من كميات صغيرة من الطاقة المستمدة من ضوء الشمس أو حرارة الجسم.
يعتمد هذا الابتكار على بوليمر مرن جديد قائم على البلمرة الفائقة (PDMS) مرتبط ديناميكيًا بأيونات الإيتريوم (Eu³⁺).

مستوحاة من البكتيريا

على المستوى الجزيئي، تحول الكائنات الحية الطاقة الملتقطة من بيئتها أو من غذائها إلى حركة. بينما تتطلب الروبوتات الاصطناعية طاقة كبيرة مثل التحفيز الكهربائي أو الليزر أو التسخين القوي.
وحتى التصاميم التي تعتمد على فروق الحرارة تحتاج عادة إلى درجات حرارة أعلى بكثير من تلك الموجودة في بيئتنا اليومية.
لتصميم روبوتات ناعمة ذاتية الحركة، يحتاج الباحثون إلى مواد تستطيع استغلال الطاقة المحيطة وتحويلها إلى حركة ميكانيكية. واستلهم الفريق فكرته من حركة سوط السالمونيلا الذي يتحرك باستمرار عبر الربط الأيوني الديناميكي.
طوروا CoMO الذي يستخدم استراتيجية كيميائية مشابهة، عبر دورة مستمرة من تكسر الروابط وإعادة تكوينها، لتوليد حركة ميكانيكية صغيرة، تعرف باسم الربط الكيميائي الميكانيكي (chemo-mechanical coupling).

الحركة بواسطة الحرارة

تتكون شرائط CoMO من طبقتين: طبقة سلبية من ورق السليلوز وطبقة نشطة من مادة مطاطية منسقة مع Eu³⁺، Eu-Pdimi-PDMS الروابط المعدنية-الربطية في المادة النشطة ديناميكية، ضعيفة، وحساسة للحرارة، ما يسمح بانكسارها عند التسخين وإعادة تكوينها عند التبريد.

عند التسخين، تتوسع الطبقة النشطة 2000 مرة أكثر من الطبقة السلبية، مما يدفع الشريط بعيدًا عن مصدر الحرارة، ثم يبرد ويعاود الانكماش بينما تجمع أيونات Eu سلاسل البلمرة، ما يعيد الشريط نحو مصدر الحرارة ويعيد تشغيل دورة التوسع.
تعمل روبوتات CoMbots حتى عند فرق درجة حرارة صغير يصل إلى 2°م، وهو فرق لا تتفاعل معه المحركات الحرارية التقليدية.
وأظهرت النماذج الأولية أكثر من 4000 دورة حركة مستمرة على مدار خمس ساعات عند درجات حرارة تتراوح بين 30°م و100°م، مع انخفاض طفيف في طول التوسع بعد الساعتين الأوليين.
يمكن تطبيق هذا المبدأ على أيونات معدنية أخرى مثل Al³⁺ وZr⁴⁺، وباستخدام الطاقة الخفيفة المحيطة، يمكن تشغيل أجهزة استشعار وروبوتات ناعمة بدون بطاريات لمراقبة البيئة في مواقع نائية، كما يمكن تطوير روبوتات طبية لدخول أنظمة حيوية حيث مصادر الطاقة التقليدية غير متاحة.