مرحباً روبوتات المستقبل.. ناعمة ومرنة وتستخدم كسماد بعد الاستخدام

قل “مرحباً” لروبوتات المستقبل: فهي ناعمة ومرنة بما يكفي لترتد عن الجدران أو تضغط في المساحات الضيقة، وعندما تنتهي من استخدامها، يمكنك رمي هذه الآلات في حاوية السماد لتتحلل.

هذه هي رؤية فريق المهندسين ، بما في ذلك طالبة الدراسات العليا في جامعة CU Boulder إلين روملي. في ورقة بحثية نُشرت الشهر الماضي في مجلة Science Advances، وصف الباحثون تصميماتهم لنوع جديد من المشغلات الروبوتية، أو “العضلات الاصطناعية”، يمكن لمشغلات المجموعة، التي تعمل عن طريق نقل السوائل في أكياس اسفنجية، تشغيل الأذرع والساقين الروبوتية بحركات تشبه الحياة.

كما أنها تذوب بشكل طبيعي في التربة على مدى بضعة أشهر، مما يجعلها أكثر استدامة من النماذج السابقة.

قالت روملي ، المؤلف الأول المشارك للدراسة الجديدة والباحث في قسم بول إم رادي للهندسة الميكانيكية في جامعة كولورادو بولدر: “يمكنك التخلص منها في صندوق سماد صناعي”، “نأمل أن يلهم المشروع المهندسين الآخرين لتطوير الروبوتات مع وضع الاستدامة في الاعتبار.”

فكر في Baymax ، الروبوت الوسائد من فيلم Big Hero 6 ، ممزوجًا بحقيبة بقالة قابلة للتحلل.

انبثق المشروع من جهد طويل الأمد قاده كريستوف كيبلنجر ، الأستاذ المساعد السابق للهندسة الميكانيكية في CU Boulder والمدير الآن في معهد ماكس بلانك للأنظمة الذكية في شتوتجارت ، ألمانيا. في عام 2018 ، قام هو وزملاؤه بإطلاق مجموعة من العضلات الاصطناعية أطلقوا عليها اسم المحركات الكهروستاتيكية (HASEL). مثل العضلات البشرية ، يمكن لهذه المحركات ثني الأذرع الآلية مثل العضلة ذات الرأسين أو الضغط على المخالب والمقابض.

لكن ما لم يتمكنوا من فعله حتى الآن اختفى في مكب النفايات، في الدراسة الجديدة ، طور الفريق سلسلة من المحركات الآلية اللينة المصنوعة بالكامل من مكونات مستدامة.

تعد العضلات متعددة الاستخدامات مثل مشغلات HASEL التقليدية ، وفي بعض الحالات ، يمكن أن تنثني 100000 دورة أو أكثر دون أن تنكسر.

قال Keplinger ، الشريك المؤسس لشركة Artimus Robotics ، وهي شركة مقرها في بولدر: “لقد كان من المثير بشكل خاص أننا انتهينا من نظام مواد قابل للتحلل البيولوجي تمامًا ولا يزال بإمكانه مطابقة مقاييس الأداء الرئيسية للمشغلات المصنوعة من مواد غير قابلة للتحلل” تقوم بتطوير وبيع مشغلات HASEL.

“إن استدامة نظام المواد الجديد تفتح الآن طرقًا مثيرة للاهتمام للغاية للتطبيقات التي تتطلب مكونات مصممة للاستخدام الفردي أو قصير المدى ، على سبيل المثال ، في مجال مناولة الطعام أو التطبيقات الطبية .”

عضلات اصطناعية للروبوتات

يعود بحث روملي الخاص عن نوع مختلف من الروبوتات إلى سنوات، بصفتها طالبة في المدرسة الثانوية في أنكوراج ، ألاسكا ، كانت روملي تنتمي إلى نادي الروبوتات حيث تعلمت تصميم الروبوتات لمسابقات FIRST Tech Challenge، لم تستطع أبدًا التغلب على عدم انتظام الروبوتات الصلبة المصنوعة من المعدن والبلاستيك.

قالت روملي، التي بدأت دراساتها العليا في بولدر قبل أن تنتقل إلى ألمانيا في عام 2020 للعمل كباحثة زائرة في مختبر كيبلنجر: “شعرت أن صلابة الروبوتات كانت عاملاً مقيدًا كبيرًا لقدراتها البدنية”، “كان ذلك مزعجًا بشكل خاص عندما رأيت شخصًا يسير بجوار إنسان آلي.”

ويمكن أن تحل الروبوتات اللينة هذه المشكلات من خلال الجمع بين التقدم في الهندسة مع اسفنجة ومرونة الكائنات البيولوجية.

تتكون مشغلات HASEL من زيت محول داخل أكياس بلاستيكية مغطاة جزئيًا بطبقة رقيقة من موصل كهربائي. قال روملي ، إذا قمت بتوصيل الكهرباء عبر الموصلات، فإن الحقيبة “ستندمج معًا”، وتضغط السائل من طرف إلى آخر، ونتيجة لذلك ، فإن الحقائب تغير شكلها ويمكن أن تطبق القوة على أجهزة مثل الطرف الآلي.

ساعد Keplinger في تأسيس Artimus Robotics لتسويق المحركات في عام 2018 جنبًا إلى جنب مع Tim Morrissey و Eric Acome و Shane Mitchell و Nick Kellaris بدعم من Venture Partners في CU Boulder. كان كيلاريس ، الذي حصل على درجة الدكتوراه من CU Boulder في علوم وهندسة المواد في عام 2020 ، أيضًا مؤلفًا مشاركًا للورقة البحثية الجديدة.

في الدراسة الجديدة، شرعت روملي وزملاؤها في تحديد المكونات المستدامة التي يمكن أن تحل محل كل جزء من تلك التصميمات المبكرة.

وقالت: “كنا نبحث عن مزيج مثالي من المواد المتوافقة التي من شأنها أن تصنع عضلة عالية الأداء قابلة للتحلل”.

كجزء من جهد علمي منظم وشامل للمواد ، اختبرت Rumley وزملاؤها العديد من المواد المرشحة القابلة للتحلل الحيوي لاستبدال الأكياس البلاستيكية في مشغلاتهم، أحد الخيارات الجيدة ، وهو مزيج بوليستر قابل للتحلل، يستخدم بشكل شائع في أكياس التسوق، بل إنه يأتي مختومًا بصور الجزر.

يمكن للتصميمات النهائية للفريق للعضلات الاصطناعية أن ترفع مشغلات HASEL العادية تقريبًا وستتحلل في منشأة سماد في حوالي 6 أشهر.

روبوتات المستقبل

ستحصل روملي ، الحاصلة على زمالة أبحاث الخريجين من مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية لعام 2020 ، على درجة الدكتوراه من جامعة كولورادو بولدر ، لكنها ستقضي بقية وقتها كطالبة في أوروبا، على الرغم من أنها تتأرجح أحيانًا في المناظر الطبيعية المفتوحة على مصراعيها في كولورادو وألاسكا، قالت “أفتقد الخوض في النهر واصطياد سمك السلمون”، “هذا ليس كبيرا في ألمانيا.”

الأمر يستحق أن تكون جزءًا من فريق الباحثين الذين يساعدون في الدخول في حقبة جديدة من الروبوتات.

تخيل كبلنجر ، على سبيل المثال ، أن مشغلات HASEL يمكنها يومًا ما تشغيل “بدلات خارجية” تشبه الرجل الحديدي والتي يمكن أن تساعد الأشخاص المصابين بالشلل على المشي.

قال روملي: “التطبيقات مثيرة حقًا ، خاصة بالنسبة للأجهزة التي يمكن أن تساعد الأشخاص المعاقين جسديًا”، “لدي دافع لتطوير تكنولوجيا قادرة على تمكين السكان المحرومين.”