ابتكار روبوتات لا تحتاج لمكونات إلكترونية وتتحرك بضغط الهواء

ويمكن لهذه الوحدة أن تؤدي عدة أدوار من بينها التحرك أو التشوه استجابة لتغيرات الضغط لتعمل كـ”عضلة”، أو استشعار التغير في الضغط أو اللمس لتعمل كـ”حساس”، أو التحويل بين حالتي التشغيل والإيقاف لتعمل كصمام أو بوابة منطقية.

وصمم فريق البحث هذه الوحدات بحيث يمكن توصيلها ببعضها مثل تركيب قطع المكعبات، إذ يبلغ حجم كل وحدة عدة سنتيمترات فقط، ويمكن من خلال الجمع بين عدد منها تكوين روبوتات مختلفة دون الحاجة إلى تغيير التصميم الأساسي.

وفي التجارب المعملية، أنشأ الباحثون روبوتات صغيرة بحجم صندوق الأحذية تقريباً، قادرة على القفز أو الاهتزاز أو الزحف اعتماداً على طريقة ترتيب الوحدات.

وأظهرت إحدى التجارب أن الوحدة الواحدة يمكنها الجمع بين الأدوار الثلاثة السابقة في الوقت ذاته، ما يسمح لها بإنتاج حركة إيقاعية تلقائية بمجرد تطبيق ضغط هواء ثابت عليها، وعندما ربط الباحثون عدة وحدات من هذا النوع معاً، بدأت حركتها تتزامن بشكل طبيعي دون أي تدخل حاسوبي أو تعليمات برمجية.

واستخدمت هذه الخصائص في ابتكار روبوتين تجريبيين، أحدهما يعرف باسم “روبوت الهزاز”، القادر على فرز الخرز داخل أوعية مختلفة من خلال إمالة منصة دوارة ميكانيكيا، والآخر هو “الروبوت الزاحف” الذي استطاع استشعار حافة الطاولة والتوقف تلقائياً قبل السقوط، وتمكنت الروبوتات في الحالتين من تحقيق تنسيق حركي كامل من خلال النظام الميكانيكي فقط، دون وجود أي وحدة تحكم إلكترونية.

المؤلف الرئيسي للدراسة، مصطفى موسى، الباحث في قسم علوم الهندسة بجامعة أكسفورد، أوضح أن هذه القدرة على التنسيق التلقائي لا تحتاج إلى تعليمات مبرمجة مسبقاً، بل تنشأ تلقائياً من طبيعة الترابط الميكانيكي بين الوحدات وطريقة تفاعلها مع البيئة.

وقال إن هذه الظاهرة تمثل مثالاً حياً على كيف يمكن للأنظمة الفيزيائية البسيطة أن تظهر سلوكيات جماعية معقدة دون وجود مركز قيادة.

واستخدم الباحثون إطاراً رياضياً يعرف باسم نموذج “كوراموتو” لتفسير ظاهرة التزامن التي لاحظوها؛ ويستخدم هذا النموذج عادة لوصف كيفية تزامن الشبكات المكونة من “مذبذبات” أو أنظمة متذبذبة، مثل مصابيح اليراعات التي تومض في وقت واحد بعد فترة من المراقبة المتبادلة.

وكشف تطبيق هذا النموذج أن الحركات المتناسقة في الروبوتات تنشأ تلقائياً من التصميم الفيزيائي، حين تتصل أجزاؤها ميكانيكياً عبر البيئة المحيطة، إذ تؤثر حركة كل ساق في الأخرى عبر القوى الناتجة عن الاحتكاك والانضغاط والارتداد.

وأظهر التحليل أن هذه القوى تنشئ حلقة تغذية راجعة تجعل حركات الأرجل مترابطة بطريقة طبيعية، لتنتج حركة متناغمة دون أي إشارات كهربائية.

وأفادت الدراسة بأن هذه الروبوتات لا تزال في مرحلة تجريبية على نطاق صغير، لكنها تمتلك إمكانيات هائلة للتوسع في المستقبل، موضحة أن المبادئ التصميمية الخاصة بها لا تعتمد على الحجم، ما يعني إمكانية تطوير نسخ أكبر قادرة على العمل في بيئات صعبة مثل الكواكب أو أعماق البحار، حيث تكون الطاقة محدودة والظروف غير متوقعة.

وأكد موسى في تصريحات خاصة لـ”الشرق” أن النظام الذي طوره يتميز بكونه لا يعتمد على مقياس محدد، موضحاً أن الآلية الأساسية التي يعتمد عليها النظام يمكن تطبيقها في أي حجم، دون أن تتأثر الكفاءة.

وأشار إلى أن التعامل مع الأنظمة الميكروية يظل تحدياً، لأن خصائص السوائل تختلف عند التصغير، حيث تصبح اللزوجة عاملاً مهيمناً ربما يعيق الأداء، أو يتطلب تعديلات دقيقة في التصميم.

وأكد الباحثون أن هدفهم في المرحلة المقبلة هو دمج هذه المبادئ مع مواد متقدمة وخفيفة الوزن لتوسيع نطاق الاستخدام، لافتين إلى أن التصميم البسيط والمعياري لهذه الروبوتات يجعلها قابلة للإنتاج على نطاق واسع بتكلفة منخفضة نسبياً، معتبرين أن القدرة على توليد حركة مستمرة باستخدام ضغط ثابت من الهواء فقط تمثل إنجازاً علمياً مدهشاً في حد ذاتها، لأنها تعني أن مصدر طاقة بسيط يمكن أن يدير نظاماً معقداً دون برمجة أو تحكم مركزي.