ما هي الروبوتات اللينة؟
الروبوتات الناعمة هي فرع محدد من الروبوتات التي تتعامل مع
تعتمد الروبوتات اللينة إلى حد كبير على الكيفيةكيف تتحرك الكائنات الحية وتتكيف مع بيئتها. على عكس الروبوتات المصنوعة من مواد صلبة ، توفر الروبوتات اللينة مزيدًا من المرونة والقدرة على التكيف لأداء المهام ، فضلاً عن زيادة السلامة عند العمل مع الأشخاص. تسمح هذه الخصائص باستخدامه في الطب والصناعة.
يتم تصميم الروبوتات اللينة بشكل أساسيروبوتات مصنوعة بالكامل من مواد ناعمة. ونتيجة لذلك ، فإن الروبوتات الناتجة تشبه اللافقاريات مثل الديدان أو الأخطبوطات. محاكاة حركة مثل هذه الروبوتات مهمة صعبة. الحقيقة هي أنه لمثل هذه العمليات من الضروري تطبيق أساليب ميكانيكا الاستمرارية. هذا هو سبب تسمية الروبوتات اللينة أحيانًا بالروبوتات المستمرة
دعونا نتذكر، ميكانيكا الاستمرارية - القسمالميكانيكا، وفيزياء الاستمرارية، وفيزياء المواد المكثفة، وهي مكرسة لحركة المواد الصلبة الغازية والسائلة والمشوهة، بالإضافة إلى تفاعلات القوة في مثل هذه الأجسام.
الهجينة من الروبوتات اللينة والصلبة
لدراسة الظواهر البيولوجية ، يقوم العلماء بإنشاء روبوتات ناعمة في صورة الكائنات الحية وإجراء التجارب التي يصعب إجراؤها على الكائنات الحية.
ومع ذلك ، هناك روبوتات صلبة قادرة أيضًا على التشوه المستمر ، مثل الروبوت الأفعى.
يمكن استخدام الإنشاءات اللينة كجزء منروبوت صلب أكبر. توفر المؤثرات الروبوتية الناعمة للإمساك بالأشياء ومعالجتها ميزة. النقطة المهمة هي أنها لا تدمر الأشياء الهشة.
من الممكن أيضًا إنشاء صلبة هجينة ناعمةالروبوتات التي لها إطار داخلي صلب وعناصر لينة خارجية. يمكن أن يكون للعناصر اللينة العديد من الوظائف: آليات التمثيل المشابهة لعضلات الحيوانات ، ومواد توسيد لضمان السلامة في حالة الاصطدام بالبشر.
روبوت ذو عجلات وأرجل ناعمة وقدرة على التحرك على الأرض.
تصوير: علي صادقي ، وأليسيو مونديني ، وإيمانويلا ديل دوتور ، وأناند كومار ميشرا ، وباربرا مازولاي
يمكن ثني الروبوتات الناعمة في أي شكلاستمارة. وهي مصنوعة من مواد ناعمة جدًا، بما في ذلك المواد النانوية. وهذا يجعلها أشبه بأجزاء جسم الإنسان، مثل العضلات. في الواقع، يمكنك القول أن هذه الروبوتات بدأت تنبض بالحياة تقريبًا بمساعدة المواد النانوية.
على الرغم من الأبحاث الكثيرة في مجال الروبوتات الناعمة، إلا أن المهندسين ما زالوا في بداية رحلتهم. ومع ذلك، يتوقع الخبراء أنه بحلول عام 2024 سيصل سوقهم إلى 2.16 مليار دولار.
كيف تختلف الروبوتات اللينة عن الروبوتات العادية؟
الروبوتات المعدنية محدودة للغاية. لقد تم تصميمها مع مراعاة السرعة والدقة ، مما يجعلها مثالية لأشياء مثل عمل خط التجميع. لكنهم ليسوا كل هذا العالمية.
تختلف الروبوتات اللينة عن الروبوتات الصناعية أوالروبوتات التعاونية من حيث أن بنائها مصنوع من مواد لينة ومرنة. تصميمهم مختلف تمامًا عن أي شكل آخر من الروبوتات ، وبالمثل فإن الروبوتات اللينة تؤدي وظائف مختلفة جدًا.
بالنسبة للجزء الأكبر ، لا تزال الروبوتات اللينة موجودةفي المراحل الأولى من التطوير ، وقد تم تطوير أول روبوت طري في عام 2011 من قبل الأستاذ بجامعة هارفارد جورج وايتسايدز. منذ ذلك الحين ، زاد عدد وأنواع الروبوتات اللينة بشكل كبير. على الرغم من أنها قد تكون على بعد عدة سنوات من جدواها التجارية الفعلية ، فإنها لا تزال تمثل تقنية مثيرة ذات إمكانات كبيرة
الروبوتات اللينة - ابتكار مثير في العالمعلم الروبوتات. قد يكون للأنواع الخمسة المذكورة أعلاه من الروبوتات اللينة أكبر إمكانات تجارية لجميع أنواع الروبوتات اللينة التي يتم تطويرها حاليًا.
على عكس الروبوتات الصناعية أو التعاونية ، تقدم الروبوتات اللينة مجموعة متنوعة من التطبيقات.
كيف يتم استخدام الروبوتات اللينة؟
تكمن جاذبية الروبوتات اللينة في مرونتها وتعدد استخداماتها.
6 أنواع واعدة من الروبوتات اللينة
هناك العديد من الأنواع المختلفة من الروبوتات اللينة ، ولكن هناك 6 تطبيقات مختلفة تعد بأكبر إمكانات تجارية.
- العضلات الروبوتية: يتم حاليًا تطوير عدة أنواعالروبوتات الناعمة التي ستكون بمثابة العضلات الآلية. أحد النماذج الأولية الواعدة مستوحى من الأوريجامي. يمكن لهيكله المطوي أن يرفع 1000 مرة وزنه ويتراوح طوله من بضعة ملليمترات إلى متر، بالإضافة إلى ذلك، يعمل العلماء الآن على إنشاء روبوتات نانوية الحجم من الحمض النووي.
- روبوتات التسلق:هذه الأنواع من الروبوتات لديها العديد من الإمكاناتتطبيقات تتراوح من فحص المباني وصيانتها إلى عمليات البحث والإنقاذ نسخة واحدة من روبوتات التسلق اللينة لها تصميم منحني ، يشبه إلى حد كبير كاتربيلر. هذا يسمح له بالزحف لأعلى ولأسفل الهياكل ذات الأحجام المختلفة.
- الروبوتات الصالحة للأكل. المشروع الأول لمثل هذه الروبوتات تم إنشاؤها بواسطة فريق المدرسة في فيلادلفيا لمسابقة Soft Robotics السنوية. يمكن لهذه الروبوتات القابلة للتحلل الحيوي توصيل الأدوية بأمان إلى أجزاء مختلفة من الجسم.
- الروبوتات القابلة للارتداء.يمكن أن تساعد أجهزة المحاكاة الحيوية هذهمريض يخضع لإعادة التأهيل البدني. يحاكي الروبوت الناعم حركة الجسم الطبيعية أينما كان ، مما يساعد المريض على استعادة الوظيفة الحركية الطبيعية.
- الروبوتات التعويضية.يمكن استخدام الروبوتات الناعمة في الإنشاءالأطراف الاصطناعية المتفوقة للأشخاص الذين فقدوا أطرافهم أو أجزاء الجسم. في كثير من الأحيان، يتم استخدام تكنولوجيا الروبوتات الناعمة في نهاية اليد الاصطناعية لفهم الأشياء بشكل أكثر دقة ودقة.
- روبوتات رواد الفضاء. يقترح علماء ناسا أنهم سيطيرون يومًا ما على سطح المريخ. ويقوم آخرون بالفعل بتصميم الروبوتات التي ستعمل في الأجزاء الأكثر صعوبة في الوصول إلى جسم الإنسان.
على الرغم من أنه يمكن أيضًا استخدام الروبوتات اللينة في ملفاتالبيئات الصناعية - خاصةً الروبوتات التعاونية (المعروفة أيضًا باسم "cobots") التي تعمل مع البشر ، فهي بالكاد تقتصر على ذلك.
أول إنسان آلي مرن في العالم
وفي عام 2016، استخدم علماء من جامعة هارفاردمطاط السيليكون السائل لتطوير أوكتوبوت، أول روبوت ناعم مستقل في العالم. مستوحاة من الأخطبوطات، يمكن لهذه الروبوتات الناعمة أن تدور وتتغلب على العقبات التي قد لا تكون ممكنة بالنسبة للروبوتات المعدنية الصلبة الحادة مثل تلك التي تم تصويرها في "The Terminator" أو "Star Wars".
والمثير للدهشة أن Octobot أرخص في التصنيع ،من لاتيه ، ولا يكلفك سوى 5 سنتات لإعادة التزود بالوقود. يمكن للمرء أن يتخيل مئات الروبوتات الرخيصة الناعمة التي يتم إرسالها للتحقيق في المشهد ، والتغلب على العقبات والاختناقات للمساعدة في عملية الإنقاذ.
"الهدف الرئيسي من الروبوتات اللينة ليس الإبداعقالت مهندسة الطب الحيوي جادا جربوني في حديثها TED 2018: `` آلات فائقة الدقة لأننا نمتلكها بالفعل ''. "ولجعل الروبوتات قادرة على تحمل المواقف غير المتوقعة في العالم الحقيقي."
الروبوتات اللينة في الطب
يمكن استخدام الروبوتات اللينة كملفاتالأدوات الجراحية والطبية (خاصة المناظير الداخلية). ميزتها هي أنها تتحرك عبر هياكل الجسم بسهولة أكبر من الأدوات التقليدية. يعطي هذا الأطباء صورة أوضح عن منطقة جسم المريض التي يريدون فحصها.
الملابس الآلية الناعمة بالكامل التي يمكن أن تساعد الناس على التحرك هي خطوة أقرب إلى الواقع مع تطوير نظام طاقة جديد مرن وخفيف الوزن للروبوتات اللينة.
الاكتشاف الذي قام به فريق من بريستولالجامعة، يمكن أن تمهد الطريق لأجهزة مساعدة يمكن ارتداؤها للأشخاص ذوي الإعاقة وأولئك الذين يعانون من ضمور العضلات المرتبط بالعمر. تم نشر الدراسة اليوم فيعلوم الروبوتات.
مضخة جديدة نحيفة وخفيفة الوزن بحجم بطاقة الائتمان. الائتمان: تيم هيلبس ، جامعة بريستول.
الروبوتات اللينة مصنوعة من مواد مرنة ،والتي يمكن أن تمتد وتلتف. يمكن استخدام هذه المواد لتكوين عضلات اصطناعية تنقبض عند ضخ الهواء فيها. تسمح ليونة هذه العضلات باستخدام الملابس الداعمة. ومع ذلك ، حتى الآن ، كانت هذه العضلات الاصطناعية الهوائية مدفوعة بمضخات كهرومغناطيسية تقليدية (مدفوعة بمحرك) ، وهي ضخمة وصاخبة ومعقدة ومكلفة.
باحثون في Bristol SoftLabومختبر بريستول للروبوتات ، بقيادة أستاذ الروبوتات جوناثان روسيتر ، نجحوا في عرض مضخة كهربائية هوائية جديدة ناعمة ومرنة وغير مكلفة وسهلة التصنيع.
في المقالة ، يصف الفريق كيف لينة جديدةيمكن لمضخة بحجم بطاقة الائتمان أن تدفع العضلات الاصطناعية بالمثانة الهوائية وتضخ السوائل. يضع الفريق أيضًا الخطوط العريضة لخطواتهم التالية لجعل الملابس القوية حقيقة واقعة.
وبالمثل ، فإن بوليمرات التيتانيوم القائمة على الكربونيمكن استخدامه مع البوليمرات الاصطناعية لإنشاء عضلات صناعية رفيعة جدًا. تم إثبات هذه التقنية في النسخ الفنية للفراشات الراقصة وأوراق الشجر والزهور المتفتحة في المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا.
كيف تعمل الروبوتات اللينة؟
الروبوتات اللينة المصممة خصيصا لتقليد الحياة ، يجب أن يتعرض في كثير من الأحيان لضغط دوري عند التحرك أو أداء أي مهمة أخرى. على سبيل المثال ، في حالة لامبري أو روبوت يشبه الحبار الموصوف أعلاه ، سيتطلب التحليل الكهربائي للماء واشتعال الغاز للتحرك ، مما يؤدي إلى التوسع السريع لدفع الروبوت إلى الأمام. سيؤدي هذا التمدد والانكماش المتكرر والمتفجر إلى حمل دوري مكثف على مادة البوليمر المختارة. يكاد يكون من المستحيل تقريبًا إصلاح أو استبدال روبوت تحت الماء في أوروبا ، لذلك يجب توخي الحذر لاختيار مادة وتصميم يقللان من حدوث وانتشار شقوق التعب. على وجه الخصوص ، يجب اختيار مادة ذات حد تحمّل أو تردد اتساع إجهاد لا تعتمد عليه خصائص التعب للبوليمر على التردد.
منذ الروبوتات اللينة مصنوعة من لينةالمواد ، يجب أن تؤخذ تأثيرات درجة الحرارة في الاعتبار. يميل إجهاد الخضوع للمادة إلى الانخفاض مع درجة الحرارة ، ويكون هذا التأثير أكثر وضوحًا في المواد البوليمرية. في درجات حرارة الغرفة ودرجات الحرارة المرتفعة ، يمكن أن تمتد السلاسل الطويلة في العديد من البوليمرات وتنزلق على طول بعضها البعض ، مما يمنع تركيز الإجهاد المحلي في منطقة واحدة ويجعل المادة بلاستيكية. لكن معظم البوليمرات تخضع لدرجات حرارة انتقالية مطيلة إلى هشة والتي لا يوجد تحتها طاقة حرارية كافية لسلاسل طويلة للتفاعل بهذه الطريقة المطيلة ، ويكون التدمير أكثر احتمالًا. يُعتقد أن الميل إلى أن تصبح المواد البوليمرية هشة في درجات الحرارة المنخفضة هو سبب كارثة مكوك تشالنجر ويجب أن يؤخذ على محمل الجد ، خاصة بالنسبة للروبوتات اللينة التي سيتم إدخالها في الطب. ليس من الضروري أن تكون درجة حرارة الانتقال المطيلة إلى الهشة هي ما يمكن اعتباره "باردًا" ، وهي في الواقع خاصية مميزة للمادة نفسها ، اعتمادًا على تبلورها وصلابتها وحجم المجموعة الجانبية (في حالة البوليمرات) وعوامل أخرى .
عيوب التكنولوجيا
الروبوتات الناعمة لا تخلو من عيوبها.على وجه التحديد، اكتشف العلماء أن مشغلات السوائل - الأجهزة التي تحرك الروبوتات فعليًا - تكون بطيئة في التشغيل بسبب الكمية الهائلة من السوائل المطلوبة للحركة، أو لأن تدفقها يتباطأ بسبب الهياكل المختلفة داخل الجهاز (مثل الأنابيب والصمامات). ).
ومع ذلك ، فإن باحثي هارفارد يتطورونالحل. مع ملاحظة أن ثني مثل هذه الألعاب ينتج عنه إطلاق كمية كبيرة من الطاقة ، فإنهم يصممون مشغلات ذات غطائين قابلين للسحب ، أحدهما داخل الآخر. عندما يتم نفخ الغطاء الخارجي ، يتراكم الضغط على الغطاء الداخلي. عندما ينثني ، يؤدي إطلاق الطاقة إلى تحريك الجهاز.
الروبوتات اللينة لديها إمكانية ذلكتمتد إلى المريخ والعودة ، وستصبح بلا شك جزءًا كبيرًا من المجتمع في السنوات القادمة. قدراتهم محدودة فقط بالخيال البشري.
الروبوتات الناعمة والبشر
تقدم الروبوتات ذات الجسم الناعم الفرصة لـالتفاعلات الاجتماعية واللمسية بين البشر والروبوتات ، والتي تتطلب دراسة متأنية لاحتمال وجود ارتباطات عاطفية غير مناسبة ، فضلاً عن السلوك الشخصي والاجتماعي المدمر للمستخدمين. تمت مناقشة القضايا الأخلاقية المتعلقة بالتفاعل بين الإنسان والروبوت وكيف ينبغي أن تساهم في تصميم الروبوتات اللينة في سياق التفاعل الاجتماعي في مقال لمجلة Soft Robotics.
توماس أرنولد وماتياس شويتز ، جامعة تافتس ،شارك ميدفورد ، ماساتشوستس ، في تأليف مقال بعنوان "الأخلاقيات اللمسية للروبوتات اللينة: التصميم الذكي للتفاعل بين الإنسان والروبوت." يستكشفون مجموعة واسعة من الموضوعات ، بما في ذلك قدرة الروبوتات اللينة على لمس بيئتها والتفاعل معها ، والمخاطر المحتملة لتشكيل روابط عاطفية بشرية أحادية الاتجاه مع الروبوتات ، وما يجب تصميم الروبوتات الاجتماعية من أجله. لتوضيح بعض القضايا الأخلاقية المرتبطة بالروبوتات اللينة والمخاطر المحتملة على المجتمع ، يناقش المؤلفون مثال الروبوتات الجنسية.
يقترح الأطباء أرنولد وشويتز ثلاثة مشتركةمبدأ تطوير الروبوتات اللينة في سياق شخص اجتماعي وروبوت. إنهم يشجعون مجتمع الروبوتات اللينة على معالجة هذه القضايا الأخلاقية كطريقة لتحسين جودة وكفاءة التفاعل بين الإنسان والروبوت. "سوف تجلب لنا تقنية الروبوتات اللينة قريبًا آلات تتفاعل مباشرة مع البشر ؛ من المهم أن نبدأ في التفكير في التأثير الذي يمكن أن تحدثه على المواقف الاجتماعية. توضح هذه الورقة بعض القضايا الرئيسية وتقدم إرشادات ممتازة لمناقشة جادة للعلاقة بين الإنسان والروبوت "، كما يخلص باري إيه تريمر ، دكتوراه ، الذي يدير مختبر الميكانيكا العصبية وأجهزة المحاكاة الحيوية في جامعة تافتس في ميدفورد ، ماساتشوستس .
اقرأ أيضا
تم إنشاء أول خريطة دقيقة للعالم. ما هو الخطأ مع أي شخص آخر؟
انظر إلى صور هابل للسدم الكوكبية.
ابتكر الفيزيائيون نظيرًا للثقب الأسود وأكدوا نظرية هوكينغ. إلى أين تقود؟