"ابتكار روبوتات ميكروسكوبية تتغير أشكالها بطريقة سحرية بفضل تقنية الكيريجامي"

روبوتات ميكروية جديدة بتقنية الكيريجامي: ابتكار ثوري في عالم المواد الميتامادية

ابتكار روبوتات ميكروية قابلة للتشكيل والتوسع
ابتكر باحثون من جامعة كورنيل روبوتات ميكروية أصغر من 1 مليمتر، يتم تصنيعها باستخدام “ورقة ميتا” سداسية الأبعاد ثنائية الأبعاد. تتغير هذه الورقة إلى أشكال ثلاثية الأبعاد مبرمجة مسبقًا وتتحرك بمجرد تلقي نبضة كهربائية. هذا الابتكار يمكن أن يفتح الباب لتطبيقات متعددة في مجالات الروبوتات الدقيقة والمواد القابلة لإعادة التشكيل.

تقنية الكيريجامي والتصميم المبتكر

تعتمد مرونة هذه الروبوتات على تقنية الكيريجامي، وهو فرع من فن الأوريغامي الياباني، حيث يتم إدخال شقوق دقيقة في المادة لتسمح لها بالطي والتوسع والحركة. يُعزز هذا التصميم القدرة على التفاعل مع البيئات المختلفة وإعادة التشكيل حسب الحاجة.

تم نشر الدراسة التي توضح هذا الابتكار بعنوان “Electronically Configurable Microscopic Metasheet Robots” في 11 سبتمبر في مجلة Nature Materials. قاد الفريق البحثي إيتاي كوهين، أستاذ الفيزياء بجامعة كورنيل، بينما كان الباحثان ما بعد الدكتوراه تشينغكون ليو ووي وانغ هما المؤلفان الرئيسيان للورقة.

تصميم الروبوتات الميكروية

يتألف الروبوت من تركيب سداسي الشكل مكون من حوالي 100 لوح من ثاني أكسيد السيليكون، ترتبط بأكثر من 200 مفصل محرك بسمك حوالي 10 نانومترات. يتم تنشيط المفاصل كهربائيًا عبر أسلاك خارجية، مما يؤدي إلى تشكل طيات جبلية وأودية في الروبوت. هذا يتيح للروبوت القدرة على التوسع والانكماش بنسبة تصل إلى 40% وتغيير شكله لأداء مهام متعددة، مثل الالتفاف حول أشياء معينة ثم العودة إلى شكله المسطح.

المرحلة القادمة: مواد إيلاسترو-إلكترونية

يخطط فريق كوهين لتطوير التقنية من خلال دمج الهياكل الميكانيكية المرنة مع أجهزة تحكم إلكترونية لخلق مواد “إيلاسترو-إلكترونية” فائقة الاستجابة. هذه المواد قد تكون قادرة على الاستجابة للتأثيرات بسرعة تفوق سرعة الصوت، مما يعزز من قدراتها العملية.

التطبيقات المستقبلية

قد تشمل التطبيقات المحتملة لهذا الابتكار إنشاء آلات دقيقة قابلة لإعادة التشكيل، وأجهزة طبية مصغرة تستطيع التكيف مع البيئات البيولوجية، ومواد ذكية تستجيب بسرعة فائقة للضوء أو الحرارة. يقول كوهين: “نعتقد أن هذه المواد الميتامادية النشطة يمكن أن تشكل أساسًا لنوع جديد من المادة الذكية التي تعتمد على مبادئ فيزيائية تتجاوز ما هو ممكن في الطبيعة.”

التحكم الذاتي والمواد الذكية

إحدى الأفكار الرئيسية التي يطرحها كوهين وفريقه هي تصميم مواد تستجيب بطرق مبرمجة لمختلف المحفزات. فعلى سبيل المثال، عند تعرضها للضغط، قد “تهرب” المادة بدلاً من أن تتشوه، أو قد تدفع بقوة أكبر من القوة التي تتعرض لها. هذه القدرات قد تجعل من الممكن تصنيع مواد ذكية تستطيع التفاعل مع محيطها بطريقة تفوق القدرات الطبيعية للمواد التقليدية.