السبت 18 يوليو 2026
روبوت مائي أسرع وأكثر كفاءة بفضل تصميم مستوحى من أسماك شيطان البحر
فريق من الباحثين يقدم روبوتًا مائيًا ناعمًا يسبح بسرعة فائقة وكفاءة عالية بفضل تصميمه المستوحى من أسماك شيطان البحر.
في دراسة نُشرت في مجلة Science Advances، تمكن فريق من الباحثين من تصميم روبوت مائي ناعم جديد مستوحى من حركة أسماك شيطان البحر. الروبوت الجديد أكثر كفاءة، حيث يسبح بسرعة تصل إلى 6.8 ضعف طول جسمه في الثانية، مع قدرة على السباحة عموديًا، مما يعزز من مرونته. يعتمد تصميمه على زعانف مرنة مصنوعة من السيليكون، ويتم تفعيل الحركة بواسطة ضغط الهواء. الروبوت الجديد قادر أيضًا على المناورة في بيئات معقدة، وهو أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة مقارنة بالنماذج السابقة.
روبوت مائي ناعم أسرع وأكثر كفاءة بفضل تصميم مستوحى من أسماك شيطان البحر
في دراسة جديدة نُشرت في مجلة Science Advances، تمكن فريق من الباحثين من تحطيم الرقم القياسي الخاص بهم لأسرع روبوت ناعم يسبح في الماء. استوحى الباحثون تصميمهم من حركة أسماك شيطان البحر (مانتا راي)، مما أدى إلى تحسين القدرة على التحكم في حركة الروبوت داخل الماء. وقال جي يين، المؤلف المراسل للدراسة وأستاذ مشارك في قسم الهندسة الميكانيكية والفضائية بجامعة ولاية كارولاينا الشمالية: "قبل عامين، أظهرنا روبوتًا مائيًا ناعمًا قادرًا على تحقيق سرعة تبلغ 3.74 ضعف طول جسمه في الثانية. لكننا قمنا بتحسين هذا التصميم، إذ أصبح روبوتنا الجديد أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة ويصل إلى سرعة تبلغ 6.8 ضعف طول جسمه في الثانية. بالإضافة إلى ذلك، كان النموذج السابق يستطيع السباحة فقط على سطح الماء، بينما يتميز النموذج الجديد بالقدرة على السباحة صعودًا وهبوطًا داخل عمود الماء."
تصميم مستوحى من أسماك شيطان البحر
تم تصميم زعانف الروبوت بشكل يشبه زعانف أسماك شيطان البحر، وصُنعت من مادة مستقرة تتيح بقاء الزعانف في وضعها العريض. الزعانف متصلة بجسم مرن مصنوع من السيليكون يحتوي على غرفة يمكن ضخ الهواء فيها. عند نفخ الغرفة بالهواء، تنحني الزعانف بطريقة تحاكي الضربة السفلية عندما ترفرف أسماك شيطان البحر زعانفها. وعندما يُفرغ الهواء من الغرفة، تعود الزعانف تلقائيًا إلى وضعها الأولي. ويوضح هايتاو تشينغ، المؤلف الأول للدراسة وطالب الدكتوراه في جامعة ولاية كارولاينا الشمالية: "إدخال الهواء إلى الغرفة يُدخل طاقة إلى النظام، وعندما تعود الزعانف إلى وضعها المستقر بعد تفريغ الهواء، يتم إطلاق هذه الطاقة. وهذا يعني أننا نحتاج فقط إلى مشغل واحد للروبوت، مما يسمح بتنشيط أسرع."
التحكم في الحركة الرأسية
كان لدراسة ديناميكيات السوائل لحركة أسماك شيطان البحر دور أساسي في تحسين قدرة الروبوت على التحرك عموديًا داخل الماء.
يقول جيا تشنغ غو، المؤلف المشارك وطالب الدكتوراه بجامعة فيرجينيا: "قمنا بمراقبة حركة السباحة لأسماك شيطان البحر، واستطعنا تقليد هذا السلوك للتحكم في حركة الروبوت سواءً للسباحة نحو السطح أو للأسفل أو للحفاظ على موضعه داخل الماء. عندما تسبح أسماك شيطان البحر، تُنتج نفاثتين مائيتين تدفعانها للأمام، وتغير اتجاهها عن طريق تعديل نمط سباحتها. اعتمدنا تقنية مشابهة للتحكم في الحركة الرأسية لهذا الروبوت."
أضاف يوانهانغ جو، المؤلف المشارك وأستاذ الهندسة الميكانيكية في جامعة كاليفورنيا، ريفرسايد: "أظهرت المحاكاة والتجارب أن النفاثة السفلية التي يُنتجها الروبوت أقوى من النفاثة العلوية. إذا رفرف الروبوت زعانفه بسرعة، فإنه يرتفع نحو السطح. ولكن إذا قمنا بتقليل تردد الحركة، فإنه يهبط قليلاً بين كل رفرفة وأخرى، مما يتيح له الغوص للأسفل أو السباحة على نفس العمق."
تأثير الطفو وضغط الهواء
قال هايتاو تشينغ: "عامل آخر يدخل في الحسبان هو أننا نعتمد على الهواء المضغوط لتشغيل الروبوت. عندما تكون زعانف الروبوت في وضع السكون، تكون الغرفة الهوائية فارغة، مما يقلل من طفو الروبوت. وعندما ترفرف الزعانف ببطء، تبقى الغرفة فارغة لفترات أطول. بعبارة أخرى، كلما رفرف الروبوت زعانفه بسرعة، زاد امتلاء الغرفة الهوائية لفترات أطول، مما يجعل الروبوت أكثر طفوًا."
تطبيقات عملية واختبارات الأداء
عرض الباحثون إمكانيات الروبوت الناعم من خلال تجربتين رئيسيتين. في التجربة الأولى، تمكن نموذج من الروبوت من اجتياز مسار مليء بالعوائق المنتشرة على سطح الماء وقاع خزان مائي. وفي التجربة الثانية، أظهر الباحثون قدرة الروبوت غير المقيد على حمل حمولة على سطح الماء، بما في ذلك مصدر الطاقة والهواء الخاص به.
مستقبل التصميم وتحسين القدرات
اختتم جي يين قائلاً: "على الرغم من أن التصميم معقد هندسيًا، إلا أن المفاهيم الأساسية بسيطة إلى حد كبير. ومع وجود مدخل تنشيط واحد فقط، يمكن لروبوتنا التنقل في بيئات رأسية معقدة. نعمل الآن على تحسين الحركة الجانبية واستكشاف أنماط أخرى للتنشيط، مما سيعزز بشكل كبير من قدرات هذا النظام. هدفنا هو تحقيق ذلك مع الاحتفاظ بالبساطة الأنيقة للتصميم."
