"الروبوتات تصبح أكثر مرونة: الساق العضلية الجديدة قفزت فوق حدود التكنولوجيا التقليدية"

الروبوتات تطلق ثورة جديدة: ساق روبوتية تعمل بالعضلات تعزز التنقل والكفاءة

لطالما كانت المحركات هي القوة المحركة وراء الروبوتات على مدار العقود السبع الماضية. لكن الآن، دخلت التكنولوجيا مرحلة جديدة مع ابتكار ساق روبوتية تعمل بالعضلات، تقدم نقلة نوعية في مجال الروبوتات. نشرت الدراسة التي توثق هذا الابتكار في مجلة “Nature Communications”، حيث أجرى البحث فريق من جامعة ETH زيورخ ومعهد ماكس بلانك للأنظمة الذكية (MPI-IS) في إطار شراكة بحثية تُعرف بمركز ماكس بلانك ETH للأنظمة التعليمية (CLS).

الابتكار في تصميم الساق الروبوتية

على الرغم من أن معظم الروبوتات الحالية تعتمد على المحركات التقليدية، وهو نظام يعود تاريخه إلى حوالي 200 عام، فإن الساق الروبوتية الجديدة تمثل قفزة كبيرة. هذه الساق لا تقتصر على تحسين كفاءة الطاقة فحسب، بل يمكنها أيضاً أداء قفزات عالية وحركات سريعة، بالإضافة إلى اكتشاف العقبات والتفاعل معها دون الحاجة إلى مستشعرات معقدة.

قاد هذا المشروع الرائد روبرت كاتسشمان من جامعة ETH زيورخ وكريستوف كبلينجر من معهد MPI-IS. وكان من بين المشاركين الرئيسيين في الدراسة توماس بوخنر وتوشيهكو فوكوشيما، وهما طالبان دكتوراه في فريق البحث.

ميكانيكا الساق الروبوتية: من العضلات الاصطناعية إلى الأداء الفعّال

تستخدم الساق الروبوتية الجديدة محركات كهرومائية تُعرف باسم HASELs، وهي أكياس بلاستيكية مملوءة بالزيت، شبيهة بتلك التي تُستخدم في صنع مكعبات الثلج. تمثل هذه المحركات عضلات اصطناعية قادرة على التمدد والانثناء، مما يسمح للساق بالحركة في كلا الاتجاهين مثلما تفعل عضلات الإنسان والحيوان. عندما يتم تطبيق جهد كهربائي على الأقطاب الكهربائية داخل الأكياس، تنجذب الأقطاب إلى بعضها البعض بفعل الكهرباء الساكنة، مما يؤدي إلى ضغط الزيت في الكيس إلى جانب واحد ويجعل الكيس أقصر بشكل عام.

وأوضح بوخنر أن هذه التكنولوجيا تعكس تأثير الكهرباء الساكنة المألوف، مثلما يحدث عندما يلتصق الشعر ببالون فركته. هذه التقنية تقدم خطوة جديدة في التصميم الروبوتي، مما يعزز من قدرة الروبوتات على التكيف والتحرك بطرق كانت غير ممكنة سابقاً.

تأثير الابتكار على مستقبل الروبوتات

يمثل هذا الابتكار في تصميم الساق الروبوتية تحولاً مهماً في مجال الروبوتات، حيث يجمع بين كفاءة الطاقة والحركة السريعة والتفاعل الذكي. مع تطور هذه التكنولوجيا، يمكن أن نرى تحسينات كبيرة في قدرة الروبوتات على أداء مهام متنوعة في بيئات مختلفة، مما قد يفتح أفقاً واسعاً لتطبيقات جديدة في الصناعة، والبحث، والفضاء، والعديد من المجالات الأخرى.
 

الروبوتات تطور جديد في عالم الآلات: ابتكار ساق روبوتية تعمل بالعضلات

تقدمت تكنولوجيا الروبوتات بشكل ملحوظ خلال السنوات السبعين الماضية، ولكن حتى الآن، كانت جميع الروبوتات تعتمد بشكل رئيسي على المحركات التقليدية. لكن الآن، يطل علينا ابتكار جديد في عالم الروبوتات، يتمثل في ساق روبوتية تعمل بالعضلات، والتي تمثل قفزة نوعية في الكفاءة والتكيف. تم توثيق هذا الابتكار في دراسة نُشرت في مجلة “Nature Communications”، والتي أعدها فريق من جامعة ETH زيورخ ومعهد ماكس بلانك للأنظمة الذكية (MPI-IS).

آلية عمل الساق الروبوتية

تتميز الساق الروبوتية الجديدة بأنها تعمل باستخدام أزواج من المحركات الكهرومائية، التي تُشبه العضلات في الكائنات الحية. هذه المحركات، المعروفة باسم HASELs، تعمل من خلال تقصير عضلة واحدة وطول الأخرى، مما يتيح للساق حركة طبيعية مشابهة للحركة العضلية الطبيعية. يتم التحكم في هذه المحركات باستخدام رمز حاسوبي يتواصل مع مكبرات الجهد العالي لضبط انقباض وتمدد المحركات بدقة.

كفاءة الطاقة مقارنة بالمحركات الكهربائية

عند مقارنة كفاءة الطاقة بين الساق الروبوتية الجديدة وساق تقليدية مدفوعة بمحرك كهربائي، يتضح الفارق الكبير. يوضح توماس بوخنر: “الصورة الحرارية تبين أن الساق المدفوعة بالمحرك تستهلك طاقة أكبر، خصوصًا عندما تحتاج للحفاظ على وضع منحنٍ.” في المقابل، تظل درجة حرارة الساق الكهرومائية ثابتة، بفضل استخدام الكهرباء الساكنة، مما يقلل من الحاجة إلى تبريد إضافي. ويضيف فوكوشيما أن “نظامنا لا يحتاج إلى مبردات أو مراوح، مما يجعله أكثر كفاءة.”

التكيف مع التضاريس غير المستوية

تتسم الساق الروبوتية الجديدة بقدرتها العالية على التكيف مع التضاريس غير المستوية، وهو عنصر حاسم في تصميم الروبوتات القادرة على التعامل مع بيئات متنوعة. يشير روبرت كاتسشمان إلى أن “المرونة في النظام العضلي الهيكلي ضرورية للتكيف مع التضاريس، تمامًا كما يحدث في الكائنات الحية.” على عكس المحركات الكهربائية التي تعتمد على مستشعرات لتحديد الزاوية بدقة، يتكيف النظام العضلي الاصطناعي مع الوضع المناسب بشكل تلقائي بناءً على التفاعل مع البيئة، من خلال إشارتين فقط: واحدة لثني المفصل وأخرى لتمديده.

المستقبل والتحديات القادمة في تكنولوجيا الروبوتات

يعتبر مجال المحركات الكهرومائية ناشئًا نسبيًا، حيث ظهر قبل حوالي ست سنوات فقط. يعلق كريستوف كبلينجر قائلاً: “بينما يحرز مجال الروبوتات تقدمًا سريعًا في التحكمات المتقدمة وتعلم الآلة، شهدت الأجهزة الروبوتية تقدمًا أقل. هذه النشرة تؤكد الابتكار الكبير الذي يمكن تحقيقه من خلال تقديم مفاهيم جديدة مثل العضلات الاصطناعية.”

ومع ذلك، لا يزال هناك بعض التحديات. يقول كاتسشمان: “النظام الحالي محدود إلى حد ما، حيث تظل الساق متصلة بعمود وتدور في دوائر فقط.” المستقبل سيشهد تجاوز هذه القيود، مما يمهد الطريق لتطوير روبوتات مشي حقيقية باستخدام العضلات الاصطناعية. يتمنى كاتسشمان أن “نتمكن يومًا ما من استخدام هذه الساق في روبوت رباعي الأرجل أو بشري، وربما في المستقبل نرى روبوتات إنقاذ مزودة بهذه التكنولوجيا.”