ما هي الروبوتات الصغيرة؟

والآليات الصغيرة هي حقل فرعي من الروبوتات يركز على بناء آلات من مواد شديدة الامتثال، مثل أجهزة الأشعة السيليكية، والهيدروجيلات، والمنسوجات، بدلا من المعادن واللدائن الصلبة، ويمكن أن تخضع هذه المواد لتشوهات كبيرة، مما يتيح للآليات أن تنحني وتلتف وتمتد وتضغط بطرق تؤدي إلى تكيف الكائنات الحية الميكانيكية.

والفرق الأساسي بين الروبوتات اللينة والجامدة ليس فقط بشأن المواد؛ بل يتعلق بفلسفة التحكم؛ فالآليات الرطبة تتطلب نموذجا رياضيا دقيقا ومراقبة للتغذية الارتجاعية لتجنب الأخطاء، في حين أن الروبوتات اللينة يمكنها الاعتماد على خصائصها المادية للتكيف السلبي وتبسيط الرقابة في سيناريوهات كثيرة، وهذا يعني بالنسبة للطائفات الاصطناعية، أن النسيج يمكن أن يتوافق مع التضاريس المتفاوت، ويمتصقات دون وجود تداخل مع الوصلات المعقدة.

مزايا الروبوتات الصغيرة في الصدر

ويعالج تطبيق الروبوتات اللينة على الأطراف الصناعية عدة قيود طويلة الأمد على الاصطناعية التقليدية الصلبة، كما أن المقاييس هي مزايا رئيسية تدفع البحث والتطوير في هذا المجال.

تعزيز الرفيق والمشتري

وعادة ما تكون الجواسيس الاصطناعية التقليدية مصنوعة من الألياف البلاستيكية الصلبة أو الكربونية، مما قد يسبب نقاط ضغط وتهيج الجلد وازدراء، وخاصة أثناء الاستخدام المطول، ويمكن إدماج المكونات الآلية في خط التزحلق أو الأطراف نفسها، باستخدام مواد تتفق بشكل وثيق مع شكل الأطراف المتبقية، مما يقلل من الضغوط القصوى ويتيح توزيعاً أكثر اتساقاً للقوات.

حركة طبيعية أكثر

وتنتج المفاصل الاصطناعية الرطبة التماسات آلية متينة تتطلب جهدا واعيا من المستخدم للتحكم فيها، فالآليات الطفيفة تتيح تحركات أكثر سلاسة، باستخدام محركات مرنة تخفف من سرعة عمل العضلات البيولوجية، مثلا، تُحدث عضلات اصطناعية متوافقة مع اللزوم، (المعروفة أيضا بعضلات مكبينة)

تحسين الاستجابة والمراقبة

ويمكن للمستشعرات الطفيفة التي تجسد في الواجهة الاصطناعية أن تكشف عن الانكماشات العضلية، أو الإشارات الكهربائية، أو حتى التغييرات في حجم الأطراف التي تتسم بحساسية عالية، ولأن المواد متوافقة، يمكن أن توضع مباشرة ضد الجلد، وتوفر تدفقا غنيا للبيانات دون أن يتردد عليها الكهرومغناطيسي الصلب، وهذه الحساسات تتيح التحكم في المؤثرات.

السلامة

ومن أهم مزايا الروبوتات اللينة الأمان، فالأطراف الصناعية التقليدية ثقيلة ولديها نقص كبير في الصحة؛ وإذا ما تأرجحت بشكل غير متوقع، فإنها يمكن أن تصيب المستخدم أو الأشخاص القريبين، وتحولت إلى مصانع آلية، وتصبح خفيفة الوزن وممتثلة، ، فإن هذه البيئة غير مأمونة، أو مستعملة للأجهزة المغلقة، يمكن أن تخفف من سوء استعمالها.

التطورات الراهنة في مجال الصنع الآلي

ويتطور مجال الاصطناعيات الروبوتية اللينة بسرعة، حيث تبرز عدة نماذج أولية ومشاريع بحثية واعدة إمكانات هذه التكنولوجيا، وتمتد هذه التطورات على تطبيقات أعلى مستوى ومتوسطة الأجل، وكلها تحديات وابتكارات فريدة.

الأيدي الآلية الصغيرة والأسلحة

(ب) عدد من المختبرات التي وضعت يداً آلية غير متقنة تحتوي على أصابع مرنة ملوثة بمياه أو قنوات ذات طابع نقي، [[FOT:0] Soft Robotics Toolkit في جامعة هارفارد توفر تصميمات مفتوحة للمقابر الناعمة التي تم تكييفها في أيدي صناعية، وهذه الأيدي قادرة على القيام بمهام حساسة مثل الحصول على مقبض أو الحيازة

نسيج روبوت و انكل

In-limb prosthetics benefit from softroidics by improving gait and energy efficiency. Traditional prosthetic feet often have a fixed spring-like response, which can feel unnatural. Softroid ankles use pneumatic or hydraulic actuators to actively adjust ankle stiffness and position during the walking

Soft Sensor Integration

كما أن التطور يكتسي أهمية مماثلة في الاستشعار. ]و[الجلود الإلكترونية القابلة للشرب ][ )القطبان( يجري تطويرها بحيث يمكن تغلغلها على سطح السوائب الاصطناعية أو حتى الارتطام بها إلى المواد الهيكلية، وتحتوي هذه الأقرباء على صفائح من قياسات الإجهاد، ومجسات الضغط، ومجسات الحرارة التي توفر تغذية مرتدة.

التحديات التي تواجه التغلب على التحديات

وعلى الرغم من المزايا الواضحة، فإن الاصطناعيات الروبوتية اللينة تواجه عقبات كبيرة يجب معالجتها قبل أن يصبح التبني على نطاق واسع ممكنا.

مدة المواد وطولها

المواد الصالحة، ولا سيما الذرّات، قابلة للدموع والثقوب والتدهور من الضوء والوزن، ويجب أن يكون الطرف الاصطناعي مصمداً لسنوات من الاستخدام اليومي، بما في ذلك التعرض للتراب والرطوبة ودرجات الحرارة القصوى.() وكثيراً ما تفشل المحركات الحالية القائمة على الحرير بعد آلاف الدورات، وهي أقل بكثير من ملايين الدورات المطلوبة لأجهزة الاستطلاع الاصطناعية الموثوقة.()

تعقيد الرقابة

في حين أن الروبوتات اللينة يمكنها تبسيط بعض جوانب الحركة من خلال الامتثال السلبي، التحكم في درجات حرارة النسيان المرنة لا يزال تحدياً، السلوك غير الخطي للمواد اللينة يجعل التنبؤ الدقيق، يتطلب خوارزميات التحكم المتقدمة غالباً ما تنطوي على تعلم عميق أو رقابة تنبؤية نموذجية، هذه الخوارزميات يجب أن تُجرى في الوقت الحقيقي على مجهزة منخفضة القوة داخل نظام التشغيل الافتراضي

السلطة والتطور

(ب) إن مصطلحات [مُصنوعة] تستلزم في كثير من الأحيان مضخات أو مُضغطات لإمداد الضغط الناموسومي، والضوء، والكثافة الكثيفة الطاقة، وبالنسبة لأجهزة صناعية محمولة، يجب التقليل من هذه المكونات وكفاءتها، فحياة البطارية هي مسألة حرجة: قد تحتاج يد آلية إلى العمل لمدة 12-16 ساعة على دفعة واحدة.

التكلفة والصناعة التحويلية

فالبروتات باهظة الثمن بالفعل، كما أن المواد المتقدمة والمجسات والمحاضرات اللازمة للآليات اللينة يمكن أن تدفع التكاليف إلى ارتفاعها، ومعظم المكونات الآلية يتم تصنيعها حاليا باستخدام تقنيات مثل الصبغ الحريري أو الطباعة بواسطة ثلاثية الأبعاد، وهي تقنيات لا يمكن قياسها بسهولة للإنتاج الجماعي، كما أن تطوير أساليب تصنيع فعالة من حيث التكلفة - مثل بيع قطع غيار اللينة أو تركيب نماذج مبدعة ذات طابع ابتكاري -

التوقعات المستقبلية والتوجيهات البحثية

إن مسار الروبوتات اللينة في الاصطناعية يشير إلى تزايد شبه الحياة والأجهزة المتكاملة، وهناك عدة طرق بحثية واعدة بشكل خاص للعقد القادم.

المقصات الفنية وتيندون

One sacred grail is the development of artificialعضلات] that match the performance of human bit in power, speed, efficiency, and self-repair. Technologies like ]twisted and coiled polymer actuators (musctutchant completely)

Biomimetic Sensory Feedback

ومن المرجح أن تتضمن الاصطناعية المرنة في المستقبل تعليقات حسية مغلقة تتصل مباشرة بالنظام العصبي للمستعمل، ومن خلال إدماج الوصلات العصبية التي تبث بشكل لطيف أعصاباً من البديهة، قد يكون من الممكن عدم التحكم في الأطراف فحسب بل أيضاً الشعور بما يلمسها.

التصميمات النموذجية والقابلة للعادة

ويمكن أن يؤدي التصنيع الإضافي (الطباعة) للمواد اللينة إلى جعل الاصطناعية ذات تكلفة أقل من حيث المقاييس، ويمكن للمريض أن يفحص أطرافه المتبقية، ويمكن أن يطبع نظام مجهز بالجهاز الآلي الضعيف والمنتجات الآلية ليناً ليناً ليطابق تماماً نشاطه التشريحي.

الإدماج مع المسابقات وإعادة التأهيل

كما أن الروبوتات الصغيرة تعد بـ إبادة الأزواج التي تساعد حركة الأطراف بالنسبة للأفراد الذين يعانون من ضعف عضلي، مثل الناجين من السكتة الدماغية أو الذين يعانون من داء الديستروفي، وتطبق المبادئ نفسها: الامتثال، والوزن الخفيف، والزيادة المريحة، ويمكن استخدام هذه الأجهزة كأنماط مساعدة للثبات الاصطناعية وأدوات إعادة التأهيل.

خاتمة

فالأشخاص الآليون يقدمون تحولاً في النموذج في تصميم الأطراف الصناعية، ويبتعدون عن الأجهزة المتشددة والثقيلة وغير المقصودة التي تتوافق مع النظم ذات الوزن الخفيف، ونظم التكيف التي تخفف من حدة البيولوجيا الطبيعية، والفوائد المحتملة في مجال الراحة، والحركة الطبيعية، والاستجابة، والسلامة، هي عوامل هامة، وتحظى بدعم مجموعة متزايدة من البحوث والأنماط الأولية، وفي حين تظل التحديات الكبيرة قائمة على حد سواء.

For further reading, explore the work of the Harvard Soft Robotics Initiative, which has pioneered many core technologies, and the ]Vanderbilt Rehabilitation Engineering Lab for lower-limb soft pros. Industry leaders like