روبوت رائد مستوحى من الجراد الأرز الصيني يحدث ثورة في مجال الروبوتات

في دراسة رائدة نُشرت في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، قدم فريق يضم البروفيسور ستانيسلاف ن. غورب من معهد علم الحيوان في جامعة كيل وباحثين من الصين روبوتاً جديداً مستوحى من جراد الأرز الصيني (Oxya chinensis). باستخدام هذا الابتكار في مجال الروبوتات، سيكون قادراً على أداء حركات مائية مذهلة مثل السباحة والقفز على المسطحات المائية، وهي إنجاز يحاكي القدرات الطبيعية للجراد. يمكن اعتبار هذا التكيف لروبوت الثعبان أحد أعظم التقدم في مجال الروبوتات المتقدمة، نظراً لإمكانياته عبر تضاريس متنوعة.

إحداث ثورة في مجال الروبوتات بتصميم الطبيعة 

هذا بالضبط ما يريد مجموعة من علماء الأحياء وعلماء المواد والمتخصصين في الهندسة الحيوية اكتشافه: فقد استوحوا لفترة طويلة من القدرات الاستثنائية للحيوانات لتطبيقات محتملة في التكنولوجيا.

عملهم السابق: أذرع روبوتية مستوحاة من الحشرات وفيلم لاصق، يشبه إلى حد ما الزوائد اللاصقة متعددة الأرجل للحشرات والعناكب والسحالي. جهودهم الأخيرة هي محاولة للمتابعة في مجال لم يدرس بشكل كافٍ إلى حد كبير – وهو الحركة الغريبة على الماء التي يؤديها جراد الأرز الصيني.

درست التجربة حركة الجراد باستخدام 15 جراداً في حوض مائي. استخدم العلماء كاميرات عالية السرعة لوصف هذه الحركات المائية، من خلال مراقبة وتسجيل آليات 48 محاولة قفز و54 محاولة سباحة من قبل الجراد. 

العلم وراء القفزة

يكمن مفتاح القدرات الاستثنائية للجراد في الجمع بين القوى الساكنة والديناميكية. وجدت الدراسة أن كميات متساوية من الضغط الهيدروستاتيكي تدعم وزن جسمها وفقاً للكتلة، في حين أن الحركة الهيدروديناميكية للجسم مدعومة بالتفاعلات التي تحدث بين الأطراف العلوية لأطرافهم والماء. يسمح هذا الآلية المزدوجة للجراد بالسباحة بسلاسة أو القفز خارج الماء، مما يظهر التآزر بين الطفو والدفع الذي لا مثيل له في تصميم الروبوتات.

استراتيجية دفع جديدة للروبوتات

 ركزت معظم هذه النماذج الروبوتية التقليدية إما على التوتر السطحي أو الطرف الديناميكي للحركة المائية، وكل منها له علامات الفشل الخاصة به. من بين النموذجين، يتطلب الحركة المعتمدة على التوتر السطحي أسطحاً فائقة الكراهية للماء يصعب تكرارها في الروبوتات الكبيرة. استهلاك الطاقة العالي هو سمة النموذج الثاني، وهو ديناميكية الأطراف. يفعل جراد الأرز الصيني ذلك بطريقة مبتكرة: فهو يجمع بين استخدام القوى الهيدروستاتيكية الساكنة لدعم الوزن واستخدام الحركات الديناميكية للدفع. 

استعار غورب وفريقه ورقة من هذا المخطط الطبيعي عند ابتكار روبوت يحاكي الحركة المائية للجراد. يجعل تصميم الروبوتات منها فعالة جداً للسباحة والقفز على سطح الماء مع عملية تستخدم التحكم في سرعة الأطراف. يمكن أن يؤدي هذا الاختراق إلى إحداث نوع جديد تماماً من الروبوتات للملاحة في البيئات المعقدة، من عمليات الإنقاذ في الموائل المغمورة بالماء إلى المراقبة البيئية للأنظمة النهرية لكوكبنا.

الآليات والاتجاهات المستقبلية

هذا يكشف عن إمكانات غير محدودة في مجال الروبوتات المستوحاة من الأحياء ويفتح مسارات جديدة للابتكارات التكنولوجية. ستغير هذه القدرات لمحاكاة الحركة المائية في شكل روبوتي بالفعل طريقة رؤيتنا للتصميم والوظائف في مجال الروبوتات بطريقة تؤدي إلى آلات أكثر تنوعاً ووفراً في الطاقة. 

بينما يستمر الفريق في تحسين طرازه الأولي، فإن إمكانيات التطبيق واسعة. يمتد تأثيره من تحسين عمليات البحث والإنقاذ في التضاريس الصعبة إلى المساعدة في فك المزيد من الأسرار حول الحياة المائية. بهذا المعنى، يعرض لمحة عما ينتظر الروبوتات المستوحاة من الطبيعة في المستقبل. بشكل عام، أدى تعاون فريق البروفيسور ستانيسلاف ن. غورب مع مجموعة من الباحثين من الصين إلى روبوت مستوحى من الأحياء مثير للاهتمام قادر على أداء حركات مائية مذهلة. تأخذ هذه التكنولوجيا مجال الروبوتات خطوة إلى الأمام من خلال الحصول على إلهام من الحركات الكيميائية-الفيزيائية للحركة المبتكرة لجراد الأرز الصيني وإضافة قيمة جمالية إليه.