اكتشف علماء الفيزياء طريقة جديدة لتغليف الروبوتات Robots اللينة بمواد تسمح لها بالتحرك والعمل بطريقة هادفة أكثر. تم وصف البحث، الذي قادته جامعة باث البريطانية، اليوم في Science Advances.
يعتقد مؤلفو الدراسة أن النمذجة المتقدمة التي قاموا بها على "المادة النشطة Active Matter" يمكن أن تمثل نقطة تحول في تصميم الروبوتات. مع مزيد من التطوير للمفهوم، قد يكون من الممكن تحديد شكل وحركة وسلوك مادة صلبة ناعمة ليس من خلال مرونتها الطبيعية ولكن من خلال النشاط الذي يتحكم فيه الإنسان على سطحه.
دائمًا ما يتقلص سطح المادة الناعمة العادية إلى شكل كرة. فكر في الطريقة التي يتحول بها الماء إلى قطرات: يحدث التكوير بسبب تقلص سطح السوائل والمواد اللينة الأخرى بشكل طبيعي في أصغر مساحة ممكنة من السطح، أي كرة. ولكن يمكن تصميم المادة الفعالة للعمل ضد هذا الاتجاه. مثال على ذلك في العمل هو كرة مطاطية ملفوفة بطبقة من الروبوتات النانوية، حيث تتم برمجة الروبوتات للعمل في انسجام تام لتشويه الكرة إلى شكل جديد محدد مسبقًا (على سبيل المثال، نجمة).
من المأمول أن تؤدي المادة النشطة إلى جيل جديد من الآلات التي ستأتي وظيفتها من الأسفل إلى الأعلى. لذلك، بدلاً من أن تحكمها وحدة تحكم مركزية (بالطريقة التي يتم بها التحكم في الأذرع الروبوتية اليوم في المصانع)، سيتم تصنيع هذه الآلات الجديدة من العديد من الوحدات النشطة الفردية التي تتعاون لتحديد حركة الآلة ووظيفتها. هذا يشبه عمل أنسجتنا البيولوجية، مثل الألياف في عضلة القلب.
باستخدام هذه الفكرة، يمكن للعلماء تصميم آلات لينة بأذرع مصنوعة من مواد مرنة تعمل بواسطة روبوتات مثبتة على سطحها. يمكنهم أيضًا تخصيص حجم وشكل كبسولات توصيل الدواء، عن طريق طلاء سطح الجسيمات النانوية بمادة فعالة سريعة الاستجابة. وهذا بدوره يمكن أن يكون له تأثير كبير على كيفية تفاعل الدواء مع الخلايا في الجسم.
يعتقد مؤلفو الدراسة أن النمذجة المتقدمة التي قاموا بها على "المادة النشطة Active Matter" يمكن أن تمثل نقطة تحول في تصميم الروبوتات. مع مزيد من التطوير للمفهوم، قد يكون من الممكن تحديد شكل وحركة وسلوك مادة صلبة ناعمة ليس من خلال مرونتها الطبيعية ولكن من خلال النشاط الذي يتحكم فيه الإنسان على سطحه.
دائمًا ما يتقلص سطح المادة الناعمة العادية إلى شكل كرة. فكر في الطريقة التي يتحول بها الماء إلى قطرات: يحدث التكوير بسبب تقلص سطح السوائل والمواد اللينة الأخرى بشكل طبيعي في أصغر مساحة ممكنة من السطح، أي كرة. ولكن يمكن تصميم المادة الفعالة للعمل ضد هذا الاتجاه. مثال على ذلك في العمل هو كرة مطاطية ملفوفة بطبقة من الروبوتات النانوية، حيث تتم برمجة الروبوتات للعمل في انسجام تام لتشويه الكرة إلى شكل جديد محدد مسبقًا (على سبيل المثال، نجمة).
من المأمول أن تؤدي المادة النشطة إلى جيل جديد من الآلات التي ستأتي وظيفتها من الأسفل إلى الأعلى. لذلك، بدلاً من أن تحكمها وحدة تحكم مركزية (بالطريقة التي يتم بها التحكم في الأذرع الروبوتية اليوم في المصانع)، سيتم تصنيع هذه الآلات الجديدة من العديد من الوحدات النشطة الفردية التي تتعاون لتحديد حركة الآلة ووظيفتها. هذا يشبه عمل أنسجتنا البيولوجية، مثل الألياف في عضلة القلب.
باستخدام هذه الفكرة، يمكن للعلماء تصميم آلات لينة بأذرع مصنوعة من مواد مرنة تعمل بواسطة روبوتات مثبتة على سطحها. يمكنهم أيضًا تخصيص حجم وشكل كبسولات توصيل الدواء، عن طريق طلاء سطح الجسيمات النانوية بمادة فعالة سريعة الاستجابة. وهذا بدوره يمكن أن يكون له تأثير كبير على كيفية تفاعل الدواء مع الخلايا في الجسم.
قال الدكتور Jack Binysh، مؤلف الدراسة الأول: "المادة النشطة تجعلنا ننظر إلى قواعد الطبيعة المألوفة- قواعد مثل حقيقة أن التوتر السطحي surface tension يجب أن يكون إيجابيًا- في ضوء جديد. ومعرفة ما سيحدث إذا خرقنا هذه القواعد، وكيف يمكننا الاستفادة من النتائج، فهو مكان مثير لإجراء الأبحاث".
وأضاف المؤلف المراسل الدكتور Anton Souslov: "هذه الدراسة هي دليل مهم على المفهوم ولها العديد من الآثار المفيدة. على سبيل المثال، يمكن أن تنتج التكنولوجيا المستقبلية روبوتات لينة تكون أكثر إسفنجًا وأفضل في التقاط المواد الحساسة والتلاعب بها".
بالنسبة للدراسة، طور الباحثون نظرية ومحاكاة وصفت مادة صلبة لينة ثلاثية الأبعاد يتعرض سطحها لضغوط نشطة. ووجدوا أن هذه الضغوط النشطة تعمل على توسيع سطح المادة، وتسحب المادة الصلبة تحتها، وتسبب تغيرًا شاملًا في الشكل. وجد الباحثون أن الشكل الدقيق الذي تتبناه المادة الصلبة يمكن تعديله بعد ذلك عن طريق تغيير الخصائص المرنة للمادة.
في المرحلة التالية من هذا العمل - والتي بدأت بالفعل - سيطبق الباحثون هذا المبدأ العام لتصميم روبوتات معينة، مثل الأذرع الناعمة أو مواد السباحة الذاتية. سوف ينظرون أيضًا إلى السلوك الجماعي - على سبيل المثال، ما يحدث عندما يكون لديك العديد من المواد الصلبة النشطة، وكلها مجمعة معًا.
