تصميم روبوت معياري مستوحى من الأوريغامي للروبوتات التكيفية

تمتلك الروبوتات المعيارية، القادرة على تغيير تكوين جسمها للتنقل عبر تضاريس مختلفة أو تغيير أنماط الحركة، إمكانات هائلة للمهام المتنوعة عبر بيئات متنوعة. في سعيها لأنظمة روبوتية معيارية مبتكرة، استلهم باحثون من جامعة ويستليك وجامعة تشجيانغ في الصين من فن الأوريغامي المعقد. على وجه التحديد، اعتمدوا نمط كريسلينغ، وهو طي في الأوريغامي، لإنشاء تصميم روبوت معياري جديد. يقدم هذا النهج المبتكر، الذي تم الكشف عنه في ورقة Nature Communications، وحدات قابلة للتشكيل بشكل شامل يمكن إعادة ترتيبها لإنتاج أشكال وتكوينات متنوعة.

الأوريغامي يلتقي بالروبوتات، نمط كريسلينغ

ينطوي نمط كريسلينغ، وهو طي أوريغامي معروف، على تناوب الطيات الجبلية (البارزة) ووديان الطيات (الغائرة) على طول اتجاهات الالتواء. دفع إمكانية هذا النمط لمحاكاة الأشكال المعقدة الملاحظة في الطبيعة، مثل الأنماط المعقدة على أجنحة عثة البومة أو هندسة المخاريط الصنوبرية، الباحثين لاستكشاف تطبيقه في الروبوتات.

في الماضي، ركزت التصاميم الروبوتية القائمة على كريسلينغ على أذرع الروبوت متعددة الأنماط. ومع ذلك، كانت المنهجيات الحالية مقيدة بأنماط الالتواء والانكماش المقترنة. كان طموح الباحثين هو تعديل نمط كريسلينغ لإدخال أنماط تشوه جديدة، مما يدفع حدود قدرات الروبوتات المعيارية.

وحدات قابلة للتشكيل بشكل مبتكر مدفوعة بالهواء المضغوط

في صميم هذا البحث يكمن إنشاء وحدات قابلة للتشكيل بشكل شامل، مدفوعة بالهواء المضغوط - وهي آلية تستخدم الغاز أو الهواء المضغوط للحركة. صمم الباحثون وحدة نمط كريسلينغ ذات مستويين، تتميز باتجاهات التواء متعاكسة في كل مستوى. تشمل الوحدة أيضاً أكياس جانبية على جوانب متقابلة من كل مستوى. من خلال الضغط الانتقائي على هذه الأكياس الجانبية مع تفريغ الهواء من الغرفة الرئيسية، حقق الباحثون أنماط تشوه متنوعة.

يتم التحكم في تحول شكل الوحدة الرائدة من خلال تعديلات الضغط، مما يسمح لها بإظهار أشكال متنوعة تناسب تطبيقات محددة. ومن المثير للإعجاب، أن وحدة أوريغامي واحدة يمكن أن تمكن من سبع أنماط حركة مميزة داخل الروبوتات. تشمل هذه الأنماط ثلاث حركات أساسية وأربع تركيبات منها.

إمكانات الروبوتات التكيفية والقابلة لإعادة التكوين

تبرز عالمية الوحدة ثنائية المستوى كسمة مميزة لها، إذ يمكنها تنفيذ جميع أوضاع التشوه المحتملة، وذلك اعتماداً على مخططات الضغط المختارة. وبمقارنة تشبيهية مع التشريح البشري، يشبه الباحثون هذه الوحدة بالذراع، القادرة على تنفيذ تشوهات متنوعة، تماماً كما يمكن لأذرعنا الانقباض، والتمدد، والالتواء، والانحناء. وتعكس مخططات ضغط الوحدة وظيفة الأعصاب، مما يمكنها من التكيف مثل أذرعنا، حيث تعمل الوحدة الشاملة كذراع بشري مكافئ لها بدرجة حرية ستة.

تم التحقق من جدوى هذا التصميم المبتكر من خلال المحاكاة والتجارب الواقعية. كانت النتائج واعدة، مؤكدةً على إمكانات الوحدة في دفع عجلة تطوير الروبوتات المعيارية التي تتنقل بفعالية في بيئتها وتتبنى أوضاع حركة متعددة الاستخدامات.

الأكثر بروزاً، تتمثل الميزة الفريدة للوحدة في قدرتها على إعادة التجميع أثناء تشغيل الروبوت. هذه السمة تجعلها لا تقدر بثمن في المهام الواقعية المعقدة التي تتطلب تكيفاً سريعاً مع المتغيرات المحيطة. ويبرز من هذا العمل احتمال ظهور روبوتات ناعمة أكثر تعقيداً واستجابة لبيئتها.

في المستقبل، يعتزم الباحثون توجيه هذا الهيكل المبتكر نحو تطبيقات عملية، مثل تعزيز قدرة الروبوت على الإمساك بالأجسام الكبيرة. ومع إمكاناته في إحداث ثورة في المرونة وإعادة التشكيل في مجال الروبوتات، قد يمهد هذا النهج المستوحى من فن الأوريغامي لعصر جديد من الروبوتات المعيارية التي تتعامل بسلاسة مع المهام المعقدة عبر بيئات متنوعة.