روبوت رائد مستوحى من جراد الأرز الصيني يُحدث ثورة في عالم الروبوتات

في دراسة رائدة نُشرت في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، قدّم فريقٌ يضم البروفيسور ستانيسلاف ن. غورب من معهد علم الحيوان بجامعة كيل وباحثين من الصين، روبوتًا جديدًا مستوحى من جراد الأرز الصيني (Oxya chinensis). وبفضل هذا الابتكار الروبوتي، سيتمكن الروبوت من أداء حركات بهلوانية مائية، كالسباحة والقفز في المسطحات المائية، في إنجازٍ يُحاكي القدرات الطبيعية للجراد. ويُعدّ هذا التكييف مع الروبوت الثعباني أحد أهمّ التطورات في مجال الروبوتات المتقدمة، نظرًا لإمكانية استخدامه في مختلف أنواع التضاريس.

إحداث ثورة في مجال الروبوتات من خلال تصميم الطبيعة 

هذا بالضبط ما ترغب مجموعة من علماء الأحياء وعلماء المواد والمتخصصين في علم المحاكاة الحيوية في اكتشافه: لقد استلهموا لفترة طويلة من القدرات المتميزة للحيوانات من أجل التطبيقات المحتملة في التكنولوجيا.

أعمالهم السابقة: أذرع آلية مستوحاة من الحشرات وغشاء لاصق، تشبه إلى حد ما الزوائد اللاصقة متعددة الأرجل للحشرات والعناكب والسحالي. أما جهودهم الأخيرة فهي محاولة لمتابعة مجال لم يحظَ بالدراسة الكافية، ألا وهو الحركة الفريدة التي يقوم بها جراد الأرز الصيني على الماء.

درست التجربة حركة الجراد باستخدام 15 جرادة في حوض زجاجي مائي. استخدم العلماء كاميرات عالية السرعة لوصف هذه الحركات البهلوانية المائية، من خلال مراقبة وتسجيل آليات 48 قفزة و54 محاولة سباحة قام بها الجراد. 

العلم وراء القفزة

يكمن سرّ قدرات الجراد المذهلة في الجمع بين القوى الساكنة والديناميكية. فقد وجدت الدراسة أن كميات متساوية من الضغط الهيدروستاتيكي تدعم وزن جسمه وفقًا لكتلته، بينما تُدعم الحركة الهيدروديناميكية للجسم من خلال التفاعلات التي تحدث بين أطراف أطرافه والماء. تُمكّن هذه الآلية المزدوجة الجراد من السباحة أو القفز بسلاسة خارج الماء، مما يُظهر تآزرًا بين الطفو والدفع لا مثيل له في تصميم الروبوتات.

استراتيجية قيادة جديدة للروبوتات

 ركزت معظم نماذج الروبوتات التقليدية إما على التوتر السطحي أو على حركة الأطراف الديناميكية للتنقل في الماء، ولكل منهما عيوبه. من بين النموذجين، تتطلب الحركة القائمة على التوتر السطحي أسطحًا فائقة الكراهية للماء، يصعب محاكاتها في الروبوتات الكبيرة. أما النموذج الثاني، أي ديناميكيات الأطراف، فيتميز باستهلاك عالٍ للطاقة. ويحقق جراد الأرز الصيني ذلك بطريقة مبتكرة: فهو يجمع بين استخدام قوى الماء الساكنة لدعم الوزن، ويستخدم الحركات الديناميكية للدفع. 

استلهم جيسون وفريقه من هذا النموذج الطبيعي في ابتكار روبوت يحاكي حركة الجراد في الماء. يُمكّن تصميم الروبوتات من السباحة والقفز على سطح الماء بكفاءة عالية، وذلك من خلال التحكم في سرعة أطرافها. قد يُفضي هذا الإنجاز إلى ظهور جيل جديد كليًا من الروبوتات للملاحة في البيئات المعقدة، بدءًا من عمليات الإنقاذ في الموائل المغمورة بالمياه وصولًا إلى الرصد البيئي للأنظمة النهرية على كوكبنا.

الآثار والتوجهات المستقبلية

يكشف هذا عن إمكانيات هائلة في مجال الروبوتات المستوحاة من الطبيعة، ويفتح آفاقًا جديدة للابتكارات التكنولوجية. إن قدرة الروبوتات على محاكاة الحركة المائية ستغير نظرتنا إلى تصميم ووظائف الروبوتات، مما يُسهم في ابتكار آلات أكثر تنوعًا وكفاءة في استهلاك الطاقة. 

مع استمرار الفريق في تطوير نموذجه الأولي، تتسع آفاق تطبيقاته بشكل كبير. يمتد تأثيره من تحسين عمليات البحث والإنقاذ في التضاريس الوعرة إلى المساعدة في كشف المزيد من أسرار الحياة المائية. وبهذا المعنى، يُقدّم هذا النموذج لمحةً عمّا يخبئه المستقبل للروبوتات المستوحاة من الطبيعة. عمومًا، أثمر تعاون فريق البروفيسور ستانيسجون ن. غورب مع مجموعة من الباحثين الصينيين عن روبوت حيويّ مُلهم، قادر على أداء حركات بهلوانية مائية مذهلة. تُطوّر هذه التقنية مجال الروبوتات خطوةً إلى الأمام، إذ تستلهم من الحركات الكيميائية والفيزيائية لجراد الأرز الصيني، وتُضفي عليها قيمة جمالية.