روبوتات ناعمة شبه مستقلة جاهزة لإنقاذ الأرواح

عندما تفكر في الروبوتات، غالبًا ما تتخيل آلة صلبة قادرة على إنجاز المهام أو مساعدتك في مساعيك. ومع ذلك، هناك فئة أخرى من الروبوتات تُثير الدهشة وتُحفّز الابتكار: الروبوتات اللينة. هذه الأجهزة الفريدة قادرة على تغيير شكلها وحركاتها لتلبية العديد من المهام. إليك ما تحتاج إلى معرفته.

ما هي الروبوتات الناعمة ولماذا تعتبر بمثابة مؤثرات تغييرية؟

يُعدّ قطاع الروبوتات اللينة سوقًا واعدًا يشهد ترقيات وابتكارات هائلة. ويرى الكثيرون أن هذه الأجهزة أساسية في جهود الإغاثة من الكوارث. فطبيعة هذه الوحدات اللينة والقابلة للتعديل تُمكّنها من المرور عبر الثقوب والأنابيب الدقيقة عند الحاجة، مما يسمح للروبوت بالوصول إلى أصعب المواقع التي يستحيل الوصول إليها باستخدام الخيارات التقليدية.

تُصنع الروبوتات اللينة من مواد مرنة تسمح لها بتشكيل هيكلها وثنيه حسب الحاجة. تتوفر هذه الأجهزة بأشكال متعددة، بعضها مصمم للتحرك بسلاسة عبر الأنابيب كالأفعى، بينما يمكن للبعض الآخر أن ينثني أو يتشكل على شكل كرة، مما يوفر سهولة وصول فائقة عند الحاجة.

التحديات الرئيسية التي تعيق تطوير الروبوتات الناعمة

الروبوتات اللينة ليست مثالية. تصميمها وموادها الأصلية تجعل من صنع هذه الأجهزة توازنًا بين الأداء ووضع المكونات في أماكن لا تعيق مرونتها. في الماضي، كان المهندسون يحدّون من الإلكترونيات المستخدمة للمساعدة في تقليل صلابة إلكترونيات الروبوتات اللينة.

يُساعد تقليل عدد المستشعرات المُدمجة في هذه الأنظمة على الاستغناء عن الألواح الصلبة والمحركات المؤازرة، ولكنه يعني أيضًا أن هذه الأجهزة عادةً ما تقتصر على أنظمة اتصال أحادية الاتجاه. هذه الأنظمة هي التي يُوجّه بها الطيار الروبوت عبر التضاريس الوعرة.

وبإدراك القيود في هذا النهج، قدم فريق من المهندسين المبدعين من العديد من مؤسسات البحث الرائدة تصميمًا متطورًا لروبوت ناعم يقلل من الصلابة ويزيد من الأداء في جميع المجالات.

دراسة رائدة تكشف عن روبوتات ناعمة أكثر ذكاءً ومرونة

في "روبوت ناعم قابل للبرمجة ومتكامل مع نظام لاسلكي متعدد الوظائف"¹ تُقدّم دراسة نُشرت في مجلة نانو-ميكرو ليترز مفهومًا جديدًا لروبوت ناعم يتميز بقدرات أكبر وتكلفة معقولة مقارنةً بالخيارات السابقة. وكجزء من قدرات الروبوت المُحسّنة، قدّم الفريق مجموعة من المستشعرات التي تُمكّنه من اتخاذ قرارات شبه مستقلة بناءً على وضعه الحالي ومحيطه.

المصدر – جينيفر م. ماكان

نظرة على تصميم الروبوتات الناعمة من الجيل التالي

كجزء من تصميم الروبوت الناعم الجديد، بدأ الفريق بإعادة تصميمه من الصفر. أدركوا ضرورة تصميم الجهاز بطريقة تسمح له بأداء أشكال وحركات متعددة بأقل استهلاك للطاقة. ولإنجاز هذه المهمة، قاموا بدمج مصفوفات مركبة ناعمة مستجيبة مغناطيسيًا مع إلكترونيات متعددة الوظائف قابلة للتشوه.

كيف يحافظ المهندسون على المرونة في الروبوتات الناعمة المتقدمة

يُعد الحفاظ على مرونة الروبوتات اللينة مسألةً بالغة الأهمية للمصممين والمهندسين على حدٍ سواء. فكلما أُضيفت شريحة أو مستشعر أو بطارية أو محرك سيرفو جديد، قلّت مرونة هذا الجزء من الروبوت بشكل كبير. ونتيجةً لذلك، عادةً ما تكون مرونة الروبوتات اللينة الأكثر كفاءةً أقل، إذ لا يمكن لمكوناتها الأساسية أن تنحني دون أن تتعطل.

أمضى الفريق وقتًا طويلًا في مناقشة الدائرة اللاسلكية المثالية، وأجهزة الاستشعار، والأجهزة. ومن ثم، تولّى المهندسون تحديد الموقع الأمثل لهذه الأجهزة التي ستؤثر على الحركة. وفي النهاية، تم الاتفاق على تصميم محدد يُوزّع الإلكترونيات بطريقة تسمح للروبوت بالتكيّف بشكل كامل، بل وحتى الالتفاف على شكل كرة عند الحاجة.

الحركة المتحكم بها مغناطيسيًا: كيف تتحرك هذه الروبوتات الناعمة

بعد ذلك، احتاج المهندسون إلى إيجاد طريقة لتزويد الروبوت بالقدرة على تغيير شكله. في هذه الخطوة، لجأوا إلى عدة مركبات مغناطيسية. وتحديدًا، تُحضّر هذه المركبات المغناطيسية بخلط مركبات WcMP المُصنّعة مع إلاستومر سيليكوني وعامل معالجة.

بعد ذلك، استُخدم الليزر لنمذجة المركبات المغناطيسية اللينة قبل تطبيق الحرارة. تطلبت الخطوة التالية من المهندسين برمجة مجال مغناطيسي خارجي (200 ميلي تسلا) لتدوير الجسيمات المغناطيسية المدمجة وضبط اتجاهها. وأخيرًا، تُركت المغناطيسات المُصنّعة حديثًا لتبرد.

صُممت هذه المغناطيسات المصممة خصيصًا لتخضع لانتقال طوري عند درجة حرارة منخفضة، مما يسمح للمهندسين بتغيير قطبية المغناطيسية في ثوانٍ. من خلال ضبط قوة المجال واتجاهه، يستطيع الفريق جعل الروبوت يؤدي مهامًا وأشكالًا معينة. وأشاروا إلى أنهم تمكنوا من جعل جهازهم ينحني ويلتوي ويزحف باستخدام هذه الطريقة.

توجيه الروبوتات الناعمة بدقة باستخدام المجالات المغناطيسية

ابتكر المختبر مادة مغناطيسية مدمجة في هيكل الوحدة المرن. مكّن هذا الإجراء المهندسين من التحكم بالجهاز باستخدام المجالات المغناطيسية. طبّق المهندسون هذه المجالات عبر مغناطيسات يدوية ومولدات مجال كهرومغناطيسي.

على وجه التحديد، تم اختيار مغناطيس NdFeB دائم تجاري ومغناطيس كهربائي أسطواني مُصمم خصيصًا كأفضل طريقة لتطبيق مجال مغناطيسي خارجي. يُولّد هذان الجهازان قوة كافية لتحريك الروبوت المغناطيسي الناعم.

أجهزة استشعار متكاملة تجعل الروبوتات الناعمة شبه مستقلة

كان جوهر هذا البحث هو الرغبة في صنع أول روبوتات ناعمة شبه مستقلة. ستُدمج هذه الأجهزة مجموعة مستشعرات تُمكّنها من اتخاذ قرارات بناءً على البيئة. على سبيل المثال، يُمكن ضبط الوحدة للاستجابة لتغيرات درجة الحرارة، أو العوائق، أو ضيق الوقت.

التغلب على التداخل المغناطيسي في إلكترونيات الروبوتات الناعمة

أدرك المهندسون أن نقطة التداخل بين المغناطيسات ستُطرح فيها بعض المشاكل الجديدة التي يجب معالجتها، وأهمها التداخل. تُعدّ المجالات المغناطيسية فعّالة في تنشيط المغناطيسات، لكنها ليست فعّالة في التداخل الإلكتروني. فهذه المجالات المغناطيسية قد تُعطّل الوظائف الإلكترونية وتُسبب فوضى.

لذلك، أمضى المهندسون وقتًا طويلًا في تحديد التصميم الأمثل للإلكترونيات. وتمكنوا من تحديد أفضل موضع للمستشعر والرقاقة بناءً على مستويات التداخل والقوة المسبقة. ضمنت هذه الخطوة عدم تعطل الروبوت الناعم فجأةً عند تغيير شكله وخصائصه الكهرومغناطيسية.

اختبار قدرات الروبوتات الناعمة في البيئات الحقيقية

لإظهار قدرات روبوتاتهم اللينة، أنشأ الفريق مسارًا صغيرًا مليئًا بالعقبات. تمكّن هذا الجهاز الصغير، الذي يعمل بالطاقة المغناطيسية، من اجتياز مجموعة متنوعة من التضاريس والعقبات لإكمال رحلته بنجاح. يُمكن رؤية الروبوت في فيديو منشور وهو يجتاز التضاريس بتغيير شكله وتصميمه.

يدخل الروبوت أولاً أنبوبًا ويشكل كرة، مما يُمكّنه من تجاوز العائق بسرعة. ومن هناك، يمرّ بأنواع مختلفة من التضاريس، متفاوتة في التصميم والارتفاع والخشونة. خلال هذه الاختبارات، حرص المهندسون على مراقبة استقراره وأدائه الإلكتروني.

كيفية أداء المكونات الكهربائية تحت الضغط المغناطيسي

خضعت المكونات الكهربائية للروبوت لاختبارات دقيقة. وقاست هذه الاختبارات آثار التداخل الكهرومغناطيسي على المكونات الأساسية للأجهزة، مثل المحث، ودرجة الحرارة، والإجهاد، والترانزستورات، والمكثفات، ومصباح LED μ-LED، ومسخن μ-heater، والمتحكم الدقيق (μC)، والثنائيات، ونظام بلوتوث منخفض الطاقة على الشريحة.

تثبت النتائج أن تصميم الروبوت الناعم الجديد يعزز الأداء

أثبتت نتائج الاختبار فعالية تصميم الروبوتات اللينة الجديدة وتفوق أدائها على الروبوتات اللينة التقليدية. وأشاروا إلى أن الروبوتات الإلكترونية غير المقيدة والمركبات الهندسية المستجيبة مغناطيسيًا سمحت للمهندسين بتحقيق نطاق استثنائي من الحركات والأشكال.

يوفر تصميم الروبوت أداءً مستقرًا ودقيقًا للوظائف الكهربائية متعددة الوسائط دون أي فقدان للحركة الميكانيكية. بالإضافة إلى ذلك، أتاحت المستشعرات للروبوت اتخاذ قرارات آنية لتحقيق هدفه. وقد أظهر هذا النهج قدرة الجهاز على التكيف وقدرته على أداء مهام معقدة في ظل ظروف متنوعة.

فوائد الروبوتات الناعمة في الإنقاذ والطب والصناعة

تُقدّم دراسة الروبوتات اللينة هذه فوائد جمة للسوق. أولًا، تفتح المجال أمام أجهزة أكثر كفاءة ومرونة. فاستخدام المغناطيس بدلًا من المحركات المؤازرة يجعل هذه الوحدات أكثر مرونة وخفة وزن واستجابة. هذه الفوائد تُمكّن المهندسين من الابتكار في تصميماتهم مستقبلًا، كما تُمكّنهم من توسيع نطاق تصميماتهم أو تقليصه حسب المتطلبات.

حالات الاستخدام في العالم الحقيقي ومستقبل الروبوتات الناعمة

تتعدد تطبيقات الروبوتات اللينة في السوق اليوم. بدءًا من تولي المهام الصناعية وصولًا إلى العمل جنبًا إلى جنب مع البشر، ستُحدث هذه الأجهزة تغييرًا جذريًا في السوق. إليكم بعضًا من أفضل سيناريوهات استخدام الروبوتات اللينة في السنوات القادمة.

الإنقاذ في حالات الكوارث

يرى العديد من المحللين أن الروبوتات الناعمة هي الحل الأمثل لجهود التعافي من الكوارث. فعند وقوع كوارث كبرى كالزلازل أو الفيضانات، قد تُعيق كميات الأنقاض والدمار الهائلة فرق الإنقاذ.

صُممت الروبوتات اللينة للتنقل في هذه الظروف بسهولة. في المستقبل، يمكن تزويدها بأجهزة استشعار تساعد في تحديد مواقع الناجين باستخدام تقنيات مثل أجهزة استشعار نبضات القلب أو الأمونيا. يمكن نشر هذه الوحدات بأعداد كبيرة للتنقل ببطء عبر المباني المنهارة أو الأدغال الوعرة حتى تجد طريقها إلى الحياة. وبالتالي، يمكن أن تصبح أداة قيّمة لفرق الاستجابة الأولية في المستقبل.

خدمات الطبية

للروبوتات اللينة تاريخٌ طويلٌ ومثيرٌ للاهتمام في المجال الطبي. قد تتمكن هذه الأجهزة يومًا ما من إيصال الأدوية إلى مناطق يصعب استهدافها، مثل الكبد أو الكلى. ستكون هذه الروبوتات قادرةً على اجتياز المسارات المعقدة في جسم الإنسان وإنجاز المهام.

على سبيل المثال، ستُدمج حبة روبوتية مُستشعرات مُتطورة تُتيح تتبع بيانات مثل تغيرات درجة الحموضة (PH) أو تغيرات الضغط عند المصدر. ويتخيل المهندسون يومًا يُمكن فيه حقن الروبوت في الجسم لعلاج أمراض القلب والأوعية الدموية، أو إعطاء الدواء، أو مُراقبة التفاصيل الحيوية.

المساعدة الصناعية

ستكون الروبوتات اللينة منتشرة في كل مكان في مصانع المستقبل. فعلى عكس نظيراتها الصلبة، تستطيع الروبوتات اللينة العمل بجانب البشر دون زيادة احتمالية الإصابة. وقد بدأ العلماء بالفعل في تطوير نظام استجابة قائم على أجهزة استشعار من شأنه أن يجعل هذه الوحدات تتفاعل كالبشر عند اصطدامها بزملاء العمل، فتتراجع إلى الخلف وتمنع الإصابة.

تعرف على المهندسين وراء ابتكار الروبوت الناعم

شمل هذا البحث مشاركين من عدة مؤسسات تعليمية تأثرت بشدة. وعلى وجه التحديد، قاد مهندسو جامعة ولاية بنسلفانيا الدراسة إلى جانب فريق من الباحثين من مؤسسات أخرى.

يذكر التقرير أسماء كل من سونغ كيون هان، وجيونغ وونغ شين، وجونغ هون لي، وبوين لي، وجوان جين كو، وتاي مين جانغ، وأنكان دوتا، وون باي هان، وسونغ مين يانغ، ودونغ جي كيم، وهيسوك كانغ، وجون هيون ليم، وتشان هوي إيوم، وسو جونغ تشوي، وهوانيو تشنغ، وسوك وون هوانغ كمساهمين. كما يذكر أن المؤسسة الوطنية للبحوث في كوريا الجنوبية ومعهد كوريا للعلوم والتكنولوجيا ساعدا في تمويل هذا البحث.

ما هو التالي بالنسبة للروبوتات الناعمة: التصغير والطب

وفقًا للمهندسين، لديهم خططٌ عديدة لتحسين جهازهم مستقبلًا. ويأملون في تصغير حجم النظام ليصبح مناسبًا للاستخدامات الطبية الحيوية. تخيّل حبة دواءٍ روبوتيةً مصممةً لمسح أمعائك وجهازك الهضمي. كل هذه الخيارات وأكثر متاحة.

الاستثمار في التكنولوجيا الحيوية

يُعدّ مجال الروبوتات قطاعًا سريع النمو، يتراوح بين شركات تُصنّع آلات حربية وآلات مجهرية سهلة البلع. وقد شهد هذا القطاع المتنوع استثمارات وابتكارات كبيرة على مدار العقد الماضي. وقد تُوّج هذا البحث بتقديم روبوتات عالية الأداء متاحة تجاريًا الآن. إليكم شركة تُواصل قيادة الابتكار في مجال الروبوتات والتكنولوجيا الحيوية.

تقنيات iRhythm:شركة رائدة في مجال مراقبة القلب باستخدام الذكاء الاصطناعي

ورغم أن الدراسة الحالية لم يتم تسويقها تجارياً بعد، فإن شركات التكنولوجيا الحيوية الأخرى مثل iRhythm Technologies تظهر بالفعل وعد دمج الذكاء الاصطناعي مع الروبوتات التي تراقب الصحة.

تقنيات iRhythm (IRTC ) تأسست شركة "أوداي إن. كومار" عام ٢٠٠٦، وهي شركة مسجلة في ولاية ديلاوير. أسسها مؤسسها، أوداي إن. كومار، لتوفير أنظمة مراقبة القلب والأوعية الدموية عالية الجودة لفرق الاستجابة الأولية. وكان أول منتج لها رقعة استشعار، والتي لاقت رواجًا واسعًا في قطاع الرعاية الصحية.

تقدم شركة iRhythm Technologies اليوم مجموعة من أجهزة مراقبة القلب المتقدمة. تجمع هذه الأجهزة بين الذكاء الاصطناعي الخاص والتعلم الآلي لتحديد اضطرابات نظم القلب بشكل أسرع. والجدير بالذكر أن الشركة تواصل تحسين منتجاتها وتقنيات الذكاء الاصطناعي من خلال دمج بياناتها في الأجهزة المستقبلية. على الراغبين في التعاون مع شركة تكنولوجيا حيوية تتمتع بدعم قوي في السوق التفكير في IRCTC.

أحدث الأخبار عن تقنيات iRhythm

لماذا قد تكون الروبوتات الناعمة منقذة للحياة في المستقبل القريب

عند دراسة سيناريوهات استخدام هذه الأجهزة وقدراتها، يتضح جليًا أنها تُلبي احتياجاتٍ لم تستطع الروبوتات التقليدية تلبيتها. لذا، من المتوقع أن يزداد الطلب على هذه الأجهزة الفريدة مع ازدياد فهم قدراتها.

لحسن الحظ، تُسهم هذه الدراسة الأخيرة في تسليط الضوء على هذه الأجهزة وتفتح الباب أمام المزيد من الابتكارات. في الوقت الحالي، يُمكن لأي شخص مهتم بالمساعدة في تسمية هذه الروبوتات إرسال أفضل خياراته إلى تشنغ على [البريد الإلكتروني محمي].

تعرف على الروبوتات الرائعة الأخرى اضغط هنا.

الدراسات المشار إليها:

^{1. هان، س.، شين، جيه دبليو.، لي، جيه إتش وآخرون. روبوت ناعم قابل للبرمجة ومتكامل مع نظام لاسلكي متعدد الوظائف. نانو مايكرو ليت. 17، 152 (2025). https://doi.org/10.1007/s40820-024-01601-3}