خطا فريق هندسي من جامعة نبراسكا–لينكولن خطوة جديدة نحو تطوير روبوتات لينة وأنظمة قابلة للارتداء تحاكي قدرة جلد الإنسان والنبات على استشعار الإصابات والشفاء الذاتي.
قدم الباحث إريك ماركفيكا، مع طالبي الدراسات العليا إيثان كرينغز وباتريك ماكنيغال، ورقة علمية في المؤتمر الدولي للروبوتات والأتمتة في أتلانتا، جورجيا، تناولت نهجًا لتقنية روبوتات لينة قادرة على تحديد الأضرار الناتجة عن الثقب أو الضغط الشديد، وتحديد موقعها بدقة، والبدء تلقائيًا بعملية الشفاء الذاتي دون تدخل خارجي.
اختيرت الورقة ضمن أفضل 39 ورقة من أصل 1606، وتأهلت لجائزتي أفضل ورقة طلابية وأفضل تصميم آلي.
يسعى الفريق لتجاوز عقبة مزمنة في تطوير أنظمة روبوتات مستوحاة من الطبيعة، وهي محدودية المواد اللينة في محاكاة قدرة الكائنات الحية على التعافي الذاتي.
يقول ماركفيكا: «رغم تطويرنا لمكونات إلكترونية ومحركات قابلة للتمدد، فإنها تفتقر غالبًا إلى القدرة الحيوية على الاستجابة للأضرار والشفاء منها».
لسد هذا النقص، ابتكر الفريق عضلة صناعية ذكية ذاتية الشفاء، تعتمد على بنية متعددة الطبقات تتيح لها تحديد الضرر، وموقعه، ثم تفعيل آلية إصلاح ذاتية، دون الحاجة إلى تدخل خارجي.
«إن أجسام الإنسان والحيوانات مذهلة. قد نتعرض للجروح والكدمات وإصابات خطيرة للغاية».
«في معظم الحالات، ومع استخدامات خارجية محدودة للغاية للضمادات والأدوية، نتمكن من الشفاء الذاتي. ستُحدث المحاكات نقلة نوعية في هذا المجال وطريقة تفكيرنا في الإلكترونيات والآلات».
تتكون العضلة من ثلاث طبقات: السفلية، وهي طبقة استشعار مصنوعة من قطرات معدنية سائلة مضمنة في مادة سيليكونية مرنة، الوسطى، وهي طبقة بوليمر حراري صلب قابلة لإعادة التشكيل، والعلوية، تقع عليها طبقة التشغيل، وهي طبقة تحفيز حركي تنشط عند ضغطها بالماء.
لبدء العملية، أدخل الفريق خمس تيارات مراقبة في طبقة الجلد السفلية للعضلة، المتصلة بوحدة تحكم دقيقة ودائرة استشعار. يسبب الضرر الناتج من الثقب أو الضغط تكوّن شبكة كهربائية بين الموصلات. يتعرف النظام على هذه البصمة الكهربائية دليلًا على الضرر، ثم يزيد التيار المار في تلك الشبكة الجديدة، حرارة محلية تعمل جهاز تسخين، ما يؤدي إلى إذابة الطبقة الوسطى وإعادة تشكيلها وسد الضرر خلال بضعة دقائق.
الخطوة الأخيرة هي إعادة تعيين النظام إلى حالته الأصلية، يستغل الفريق تأثيرات الهجرة الكهربائية، وهي عملية يسب فيها تيار كهربائي هجرة ذرات المعدن، ويُنظر إلى هذه الظاهرة تقليديًا أنها عائق في الدوائر المعدنية لأن حركة الذرات تؤدي إلى تشوهات وتسبب فجوات في مواد الدائرة، ما يؤدي إلى فشل و ضرر، وذلك لحل المشكلة وإنشاء نظام مستقل الشفاء.
أدرك الباحثون أن الهجرة الكهربائية -بقدرتها على فصل أيونات المعادن جسديًا وتحفيز فشل الدائرة المفتوحة- قد تكون المفتاح لمسح الآثار التي تشكلت حديثًا. كانت الإستراتيجية ناجحة، بزيادة التيار، يمكن للفريق تحفيز الهجرة الكهربائية لإعادة ضبط شبكة الكشف عن الضرر.
«للمرة الأولى، لا نحاول منع الهجرة الكهربائية لأنها تعيق تصغير الإلكترونيات، بل نستفيد منها لحذف آثار ضرر كانت تُعد دائمة، ما يمثل ابتكارًا جوهريًا في أنظمة الروبوت الذاتي الشفاء».
لهذا النوع من التكنولوجيا تطبيقات واسعة. إذ قد تُحدث ثورة في الزراعة، حيث تتعرض روبوتات الحقل لخطر التمزق نتيجة الأشواك والزجاج والبلاستيك، وكذلك في الأجهزة الطبية القابلة للارتداء التي تتعرض لاستهلاك يومي. تُعد هذه التقنية واعدة في الحد من النفايات الإلكترونية الضارة، بفضل إطالة عمر الأجهزة.
«إذا تمكنا من إنتاج مواد قادرة على استشعار الضرر والشفاء منه تلقائيًا، فسيكون لذلك تأثير تحولي في كيفية تصميمنا للأجهزة والآلات».
اقرأ أيضًا:
رجل مشلول يتحكم بيد روبوتية باستخدام عقله
جلد حي ذاتي التعافي يجعل الروبوتات أشبه بالبشر!
ترجمة: لور عماد خليل
تدقيق: زين حيدر
