في إنجاز مذهل، قام باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتطوير روبوت فريد يمكنه التحرك عبر الهواء والماء باستخدام نفس الأجنحة. هذا الابتكار يجسد التقاء الهندسة بالبيولوجيا.
أول نظرة:
قام باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) بتطوير روبوت صغير يمكنه التحرك عبر الهواء والماء باستخدام نفس الأجنحة – والانتقال بين البيئتين دون أي أجهزة إضافية. يأتي هذا العمل من مختبر المهندس الميكانيكي رافائيل زوفيراي، حيث كانت المجموعة تحاول تقليد شيء موجود بالفعل في الطبيعة.
التحليق والغوص
تستخدم الطيور البحرية الغاطسة مثل البفن أجنحتها للطيران والسباحة، على الرغم من أن الهواء والماء يتصرفان بشكل مختلف تمامًا. “يبدو التفكير في جناح يمكن أن يعمل بكفاءة في كل من [الهواء والماء] أمرًا غير معقول”، كما يقول زوفيراي لموقع NPR.
الروبوت، الذي تم وصفه في ورقة نشرت في مجلة Science، يزن حوالي نصف رطل ويمتد جناحاه إلى ما يقرب من ثلاثة أقدام. تم تصميمه للعمل في كلا البيئتين دون إضافة تعقيد غير ضروري، مما شكل عدة قرارات تصميم رئيسية.
تصميم مبتكر
واحدة من تلك القرارات كانت ترك الأرجل تمامًا. في الطبيعة، تعتمد العديد من الطيور على أرجلها للمساعدة في الإقلاع من الماء. ولكن في الروبوت، كان ذلك سيضيف تحديات ميكانيكية أراد الفريق تجنبها. “بدلاً من ذلك، فكرنا، ‘هل يمكننا الانتقال من الماء مباشرة إلى الهواء باستخدام الأجنحة فقط؟'” يقول زوفيراي.
أجنحة مرنة
تختلف أجنحة الروبوت أيضًا عن تلك الخاصة بالطيور الغاطسة الحقيقية. العديد من الطيور الغاطسة تطوي أجنحتها تحت الماء، ولكن إضافة هذه الميزة كانت ستتطلب المزيد من المفاصل والمحركات. “تحتاج إلى إضافة مفاصل، تحتاج إلى إضافة محركات. لذا بدلاً من ذلك نعتمد على مرونة الأجنحة”، كما يقول.
الأجنحة مصنوعة من قماش نايلون شفاف مدعوم بأعمدة من الألياف الكربونية، مما يمنحها المرونة اللازمة للعمل في كل من الهواء والماء. ترفرف الأجنحة باستمرار – حوالي خمس إلى ست مرات في الثانية في الهواء. للخروج من الماء، يزيد الروبوت من ذلك إلى حوالي عشرة رفرفات في الثانية لتوليد القوة الكافية.
تصميم الجسم
تصميم الجسم غير عادي أيضًا. الهيكل المركزي مفتوح، مع وجود مكوناته الداخلية مكشوفة. بدلاً من إغلاق النظام بالكامل، يتم waterproofing كل جزء على حدة. “لذا، يغمر الماء النظام بالكامل هنا”، يشرح زوفيراي. هذه الطريقة تبقي الروبوت خفيفًا بما يكفي للطيران وأيضًا عائمًا محايدًا تحت الماء، لذا لا ينحرف لأعلى أو لأسفل.
في الاختبارات، يمكن للروبوت الانتقال من الماء إلى الهواء في أقل من ثانية. تظهر لقطات تم تصويرها في بحيرة جنيف تموجًا طفيفًا على السطح قبل أن ينفجر إلى الطيران.
أهمية البحث
تقول غلينا كليفتون، عالمة حركة الحيوانات في جامعة بورتلاند والتي لم تشارك في المشروع، إن الروبوت يتميز كإنجاز هندسي وأداة بحث. “هذا روبوت جميل”، كما تقول. وتضيف أن مشاريع مثل هذه تساعد الباحثين على فهم كيفية حركة الحيوانات بشكل أفضل. “تلهم البيولوجيا الروبوتات، ولكن بعد ذلك تُستخدم الروبوتات لفهم البيولوجيا”.
ترى المجموعة أيضًا استخدامات عملية لهذه التكنولوجيا. يمكن أن يكون الروبوت الذي يمكنه الطيران إلى موقع نائي، والهبوط في الماء، وجمع البيانات مفيدًا لمراقبة البيئات الساحلية. قد يشمل ذلك تتبع ازدهار الطحالب، ومراقبة الحياة البحرية، أو دراسة التغيرات في الشاطئ.
أداء متميز
على شحنة واحدة، يُقدر أن الروبوت يمكنه الطيران لمسافة لا تزيد عن أربعة أميال أو السباحة لأكثر من ميل. تقول كليفتون إن هذا المستوى من الأداء عبر كلا البيئتين مهم. “إنه خفيف وقوي وخطوة هائلة في الأداء في كل من السباحة والطيران والانتقال بين الاثنين”، كما تقول.
استغرق المشروع حوالي عامين للتطوير، والفريق يعمل بالفعل على تحسينات. من المتوقع أن تحمل الإصدارات المستقبلية حساسات لجمع البيانات وتستمر في تحسين كيفية حركة الروبوت.
بالنسبة لزوفيراي، تظل نقطة البداية هي العالم الطبيعي. “ترى أنه قد تم بالفعل في البيولوجيا”، كما يقول. “لذا، يمنحك ذلك الأمل كباحث في الروبوتات. يخبرك أنه يجب أن يكون ممكنًا.”
مع استمرار الأبحاث والتطوير، قد نشهد المزيد من الابتكارات في مجال الروبوتات التي تستلهم من الطبيعة، مما يعزز فهمنا لكيفية حركة الكائنات الحية.
