كيف يمكن لروبوتات كيلو (Kilobots) التنقل في الأماكن غير القابلة للوصول لتطبيقات طبية مثيرة

حقق علماء في جامعة شيفيلد تقدماً كبيراً في تطوير روبوتات كيلو (Kilobots) أو الأقمشة الروبوتية القابلة للتمدد، والتي يمكنها تغيير الحجم، والانكماش، والتحرك بدقة استثنائية. بقيادة الدكتور روديخ غروس من قسم التحكم الآلي وهندسة النظم، نجح فريق البحث في إظهار جدوى إنشاء أقمشة روبوتية ذكية من خلال ربط وحدات روبوتية منخفضة الطاقة معاً عبر شبكة مرنة.

اختراق ثوري في الأقمشة الروبوتية

في دراسة رائدة نُشرت في مجلة Nature Communications، كشف باحثو جامعة شيفيلد أن الروابط المرنة مكنت هذه الروبوتات المعيارية، بحجم عملة 50 بنساً تقريباً، من التحرك بشكل موثوق وبطريقة منسقة. أظهرت الدراسة تفوق الشبكة المرنة في السماح لوحدات الروبوتات المعرضة للأخطاء بالسير في تشكيل، متفوقة على الوحدات المرتبطة بشكل صلب أو غير المرتبطة.

تفتح الأبحاث التي أجراها علماء شيفيلد إمكانيات مثيرة لتطوير أقمشة روبوتية فائقة انخفاض استهلاك الطاقة يمكنها التنقل في الأماكن غير القابلة للوصول إليها من قبل البشر. يمكن استخدام هذه الأقمشة لفحص خطوط المياه تحت الأرض بحثاً عن شقوق أو نشرها داخل جسم الإنسان للمراقبة والعلاج الطبي.

أقمشة نموذجية وروبوتات كيلو ذكية

تتكون الأقمشة النموذجية المطورة في هذه الدراسة من وحدات روبوتية صغيرة تُعرف باسم روبوتات كيلو. نظراً لحجمها المدمج، تتميز هذه الروبوتات بانخفاض استهلاكها للطاقة وقدرات المعالجة المحدودة. تستخدم كل وحدة روبوت محركات اهتزاز للحركة لكنها تفتقر إلى التحكم الدقيق في اتجاهها. ومع ذلك، عند دمجها في الشبكة المرنة، تتواصل هذه الوحدات مع الوحدات القريبة، مما يتيح للمجموعة تحديد الطريقة الأكثر فعالية للحركة والسلوك الجماعي.

تقليدياً، لم تكن مجموعات روبوتات كيلو ووحدات صغيرة أخرى مرتبطة جسدياً. ومع ذلك، أظهرت دراسة شيفيلد أن ربط هذه الوحدات عبر شبكة مرنة عزز بشكل كبير موثوقيتها في الحركة. أوضح الدكتور روديخ غروس أن الدراسات السابقة ركزت على الأقمشة الذكية التي تستشعر محيطها أو تغير مظهرها. وفي الوقت نفسه، غاص بحثهم في الأقمشة الذكية التي تمتلك القدرة على التحرك من مكان إلى آخر بشكل مستقل. يمكن لهذه الأقمشة التنقل بفعالية في الأماكن غير القابلة للوصول إليها من قبل البشر، مثل فحص داخل محرك نفاث.

تطبيقات في المجالات الطبية والصناعية

أبرز الدكتور غروس أيضاً إمكانات الأقمشة ذاتية الحركة والقابلة للتمدد في التطبيقات الطبية. على سبيل المثال، يمكن لهذه الأقمشة أن تلتف حول الأجزاء التالفة من الأعضاء، وتوفير مراقبة عالية الدقة أو تحفيز. علاوة على ذلك، يمكن نشرها لأغراض صناعية، مثل فحص البيئات الصعبة أو التنقل في خطوط الأنابيب تحت الأرض.

حركة متماسكة تمكّنها الروابط المرنة

كشفت الدراسة أن القماش المكون من وحدات أكثر حقق حركة أكثر نجاحاً وتماسكاً. يتوازى هذا الاكتشاف مع الحركة الجماعية الملاحظة في أسراب الطيور، والمعروفة بمبدأ "الخطأ المتعدد". على عكس الأبحاث السابقة، اعتمدت الوحدات في هذه الدراسة ليس فقط على جمع المعلومات ومعالجتها، بل أيضاً على الروابط المادية داخل الشبكة المرنة. قلل هذا من اعتمادها على الإدراك والتفكير المكلفين للطاقة، مما سهّل تصغير حجم الأقمشة وتحقيقها المكونة من آلاف الوحدات.

شملت الدراسة باحثين من جامعة شيفيلد، وجامعة مودينا وريجيو إميليا، والجامعة الحرة بروكسل، وجامعة سانتا كاتارينا الحكومية، ومعهد وورستر للتكنولوجيا. يمكن الوصول إلى الورقة المعنونة "الحركة المتماسكة للأفراد المعرضين للأخطاء من خلال الاقتران الميكانيكي" لمزيد من التفاصيل حول البحث.

أقرب البحث الرائد الذي أجراه علماء جامعة شيفيلد إلى تحقيق الأقمشة الروبوتية القابلة للتمدد. يمكن لهذه الأقمشة، القادرة على الانكماش والنمو والحركة بدقة، أن تحدث ثورة في مجالات مختلفة، من الفحوصات الصناعية إلى التدخلات الطبية، من خلال تمكين التنقل في الأماكن غير القابلة للوصول وتوفير خيارات المراقبة والعلاج عالية الدقة.

مصدر المقال والصورة الأصليين: https://www.sheffield.ac.uk/news/