تقدم هذه المقالة نظرة على التطورات المثيرة في تصميم اليد الروبوتية، مستوحاة من شخصية “ثينغ” من عائلة آدامز.
يد روبوتية تنفصل وتتحرك مثل “ثينغ” من عائلة آدامز
إليك خدعة للحفلات: حاول فتح زجاجة ماء باستخدام إبهامك وإصبعك السبابة أثناء حملها دون أن تسكب. يبدو الأمر بسيطًا، لكن هذه الحيلة تتطلب قوة ومهارة وتنسيقًا. لقد ألهمت أيدينا لفترة طويلة نماذج روبوتية، ولكن النسخ الميكانيكية لا تزال بعيدة عن نظيراتها الطبيعية.
بالنسبة لأود بيلارد وزملائه في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا، قد تكون محاولة إعادة إنشاء اليد بشكل دقيق هي الاستراتيجية الخاطئة. لماذا نقيّد الروبوتات بالتشريح البشري؟
لقد طور فريق بيلارد الآن نموذجًا أوليًا مشابهًا لـ “ثينغ” من عائلة آدامز.
مثبتة على ذراع روبوتية، تنفصل اليد عند المعصم وتتحول إلى كائن يشبه العنكبوت يمكنه التنقل في الزوايا والتقاط الأشياء باستخدام أصابعه. ثم تتحرك على أطراف أصابعها عائدة إلى الذراع وهي تحمل ما جمعته.
للوهلة الأولى، تبدو الروبوت وكأنها يد بشرية. لكنها تحتوي على خدعة إضافية: إنها متناظرة، حيث إن كل إصبع هو نفسه. يوفر التصميم في الأساس اليد بأصابع متعددة. يمكن لأي إصبعين أن يلتقطا شيئًا كأزواج متعارضة. وهذا يجعل المناورات المعقدة بيد واحدة، مثل التقاط أنبوب من الخردل وعلبة من برينجلز في نفس الوقت، أسهل بكثير. يمكن للروبوت أيضًا ثني أصابعه للأمام والخلف بطرق قد تكسر أصابعنا.
خارج متناول اليد
إذا كنت قد حاولت يومًا وضع صمولة على برغي في مكان ضيق للغاية، فأنت على الأرجح على دراية جيدة بحدود أيدينا. يمكن أن يكون الإمساك وتوجيه قطع صغيرة من المعدن أثناء حمل مفتاح ربط أمرًا محبطًا للغاية، خاصة إذا كان عليك ثني ذراعك أو معصمك بزاوية غير مريحة للحصول على القوة.
تم تشكيل أيدينا بواسطة التطور، ويمكنها الرقص حول لوحة مفاتيح، وأداء جراحات صعبة، وأداء أشياء رائعة أخرى. لكن تصميمها يمكن تحسينه. أولاً، أيدينا غير متناظرة ولديها إبهام واحد فقط، مما يحد من المهارة في بعض أزواج الأصابع. جرب على سبيل المثال، فتح غطاء زجاجة باستخدام إصبعك الأوسط والخنصر. وللتأكيد، فإن حركة المعصم وطول الذراع يقيّدان القدرات العامة لأيدينا. أيضًا، لا يمكن لأصابعنا أن تنحني بالكامل للخلف، مما يحد من نطاق حركتها.
كتب المؤلفون: “تكتسب العديد من الأيدي الروبوتية ذات الشكل البشري هذه القيود”.
مستوحاة جزئيًا من الطبيعة، أعاد الفريق تصور مفهوم اليد أو الإصبع. بدلاً من أن تكون مجرد أداة للإمساك، يمكن أن تمتلك اليد أيضًا قدرات الزحف، مثل مخالب الأخطبوط التي تتنقل بسلاسة بين الحركة والتلاعب. يمكن أن يؤدي الجمع بين الاثنين إلى توسيع مهارة اليد وقدراتها.
ترقية مفيدة
بدأت عملية تصميم الفريق بقاعدة بيانات من نماذج الأيدي القياسية. باستخدام خوارزمية جينية، وهي نوع من التعلم الآلي المستوحى من الانتقاء الطبيعي، قام الفريق بإجراء محاكاة حول كيفية تغيير تكوينات الأصابع لقدرات اليد.
من خلال اللعب بالمعلمات، مثل عدد الأصابع المطلوبة للزحف بسلاسة، حددوا بعض الإرشادات. قدمت خمسة أو ستة أصابع أفضل أداء، حيث توازن بين قوة الإمساك والحركة. أدى إضافة المزيد من الأصابع إلى تعثر الروبوت بسبب الأصابع الزائدة.
في التصميم النهائي، يمكن لكل إصبع ثلاثي المفاصل أن ينحني نحو راحة اليد أو إلى ظهر اليد. تم طلاء أطراف الأصابع بالسليكون لتحسين القبضة. تسمح المغناطيسات القوية في قاعدة راحة اليد لليد بالالتصاق والانفصال عن الذراع الروبوتية. صنع الفريق نسخًا بخمسة وستة أصابع.
عند تثبيتها على الذراع، يمكن لليد بسهولة الإمساك بعلبة برينجلز، كرة تنس، وقضيب على شكل قلم بين إصبعين. يسمح تصميمها المتناظر ببعض التزاوجات الغريبة، مثل استخدام ما يعادل إصبع الخاتم والإصبع الأوسط للإمساك بكرة بإحكام.
تظهر عروض أخرى قدرتها على المناورة. في اختبار واحد، يقوم الروبوت بفتح غطاء زجاجة الخردل بينما يبقي الزجاجة ثابتة. وبما أن أصابعه تنحني للخلف، يمكن لليد في الوقت نفسه التقاط جسمين، حيث تؤمن واحدًا على كل جانب من راحة يدها.
كتب الفريق: “بينما يمكن ليدنا الروبوتية أداء أوضاع الإمساك الشائعة مثل الأيدي البشرية، يتجاوز تصميمنا قدرات البشر من خلال السماح لأي مجموعة من الأصابع بتشكيل أزواج متعارضة”. وهذا يسمح “بالإمساك المتزامن لعدة أجسام مع عدد أقل من الأصابع”.
عندما يتم تحريرها من الذراع، تتحول الروبوت إلى زاحف يشبه العنكبوت. في اختبار آخر، تلتقط النسخة ذات الستة أصابع ثلاث كتل، لا يمكن الوصول إليها دون الانفصال. تلتقط اليد الكتلتين الأوليين عن طريق لف أصابعها حول كل واحدة. ثم تقوم نفس الأصابع بإمساك الكتلة الثالثة، ويتحرك الروبوت عائدًا إلى الذراع على أصابعه المتبقية.
يمكن أن تسمح خفة الحركة الفائقة للروبوت باستكشاف أماكن لا تستطيع الأيدي البشرية الوصول إليها أو عبور ظروف خطرة أثناء الاستجابة للكوارث. قد تتعامل أيضًا مع الفحص الصناعي، مثل التحقق من الصدأ أو التسرب في الأنابيب الضيقة، أو التقاط الأشياء التي تكون خارج نطاق الوصول في المستودعات.
يستهدف الفريق أيضًا استخدامًا أكثر مستقبلية: يمكن تكييف اليد للاستخدامات الصناعية أو حتى كتعزيز. أظهرت الدراسات على الأشخاص المولودين بستة أصابع أو أولئك الذين يجربون إصبعًا روبوتيًا إضافيًا أن الدماغ يعيد تنظيم نفسه بسرعة لدمج الإصبع في مجموعة متنوعة من الحركات، مما يؤدي غالبًا إلى مزيد من المهارة.
قال بيلارد في بيان صحفي: “تعتبر الوظائف المتناظرة والقابلة للعكس ذات قيمة خاصة في السيناريوهات التي يمكن أن يستفيد فيها المستخدمون من قدرات تتجاوز الوظيفة البشرية العادية”، لكن هناك حاجة إلى مزيد من العمل لاختبار فكرة السيبرانية.
مع استمرار الأبحاث، قد نرى تطبيقات جديدة ومثيرة لليد الروبوتية في المستقبل القريب.
