ثورة الروبوتات الصغيرة في الميكاترونيك

وقد كان الآليون الصناعيون، منذ عقود، مرادفين بالأسلحة الفلزية الصلبة، والعتاد الدقيق، والمؤثرات النهائية غير الملتوية، وهذه الآلات تؤدي إلى إعادة التكرار والقوة في بيئات المصنع الخاضعة للمراقبة، ولكنها تكافح عندما تواجه أشياء غير نظامية، أو مواد دقيقة، أو وجوداً لا يمكن التنبؤ به للإنسان، أو إلى إعادة صياغة هذه القيود الآلية المشابهة.

The Biological Roots of Soft Machines

ويستمد الرواسب الآلية من الطبيعة إلهامها العميق، ويمكن لذراع الأوكتوبوس أن يرتجف ويمسك دون أي دعم هيكلي؛ ويتلاعب في جهاز الفيل بالأجسام ذات الدقة الكبيرة من خلال تداخلها؛ وينتقل متغيرات المطاعم من خلال التضاريس المعقدة باستخدام موجات مائية.

وقد اعترف الباحثون المبكرون في مؤسسات رائدة مثل معهد ويز في جامعة هارفارد بهذا، وبدأوا في بناء مُلَكِّمات لاسلكية، مما أدى إلى ضخ هياكل هدرولوجية من اللافقارات، حيث إن هذا المجال قد توسع من الناحية المتفجرة، مدفوعاً بتطورات في الطباعة 3D، والإلكترونيات القابلة للتمديد، والنموذج الحسابي، وفهم هذه المبادئ البيولوجية أمر حيوي بالنسبة لبيئة الهندسة.

المواد: مؤسسة الروبوتات الصغيرة

ويعرف اختيار المواد قدرات الإنسان الآلي غير المستقرة، ويسمح هذا الشعارات المخففة، مثل إيكوفليكس، ودراجون سكين، وجهاز إدارة المباني، باستخدام واسع النطاق بسبب الحدود العالية لذوي الطول (التي تتجاوز في كثير من الأحيان 500 في المائة)، والقابلية للاختزال، وسهولة التلقيم، كما أن متغيرات البوليوريثان ذات النقاط المنخفضة توفر حساسية وتتوافق مع قنوات الطباعة FDM-3D.

وقد تطورت تقنيات الصنع من الفرز اليدوي إلى الطباعة المتقدمة المتعددة المواد، حيث يمكن للكتابة المباشرة وتقنية البوليجات أن ترسم آثاراً سلوكية وقنوات مسيلة وأجهزة استشعار في دورة واحدة للبناء، تنتج روبوتات ذات نواة فضية عالية من حيث خصائصها، وتتحمل أعباء غير مأمونة، وتظل الصبغات المفقودة واللازمة للتشكيلات الإلكترونية ذات الصلة.

خدمات الصحة الذاتية والمواد المستدامة

ولا تزال القدرة على الاستمرار تشكل شاغلاً رئيسياً للآليات غير الميسرة التي تخضع للتحميل المتكرر، إذ يجري بحث نشط في البوليمرات التي تطلق عوامل الشفاء من الكبسولات الصغرى عند حدوث الضرر، أو الشبكات الدينامية التي تصلح السندات في درجات حرارة مرتفعة، ويمكن لهذه المواد أن توسع الحياة التشغيلية في التطبيقات التي يكون فيها الاستبدال غير عملي، مثل الأجهزة الطبية التي لا يمكن التحكم فيها، والتي تعمل على تحقيق أهداف قابلة للتغير البيولوجي.

Actuators and Control: Taming Infinite Freedom

فالآليات الصغيرة تتحرك بشكل مختلف، فبدلا من السيارات الكهربائية، تعتمد على التضخم الناموس أو الهيدرولي للمثانين الداخليين، وتتكون الملاجئ الآلية (الشبكة الناعمة) من غرف مترابطة تتوسع في النسيج، وتستمر، أو تغلق، وتضع الكابلات التي تُستخدم في تصميمات متوقفة عن طريق النسيج، وتُزيل النسيجات من النسيجات.

ويواجه الباحثون هذا التحدي من خلال نهج متعددة، وتستعمل الأساليب النموذجية تحليل العناصر المحددة أو المنحرفات المستمرة التي تُستخدم في مجال التحكم في المواد الخطرة، وذلك من أجل الحد من استمرارية عمليات النقل إلى القوس القابلة للإدارة، وتُستخدم هذه النماذج في مذيبات غير متقنة تُقارن ضغوط الملجأ على نحو ما هو مرغوب فيه، ويُظهر نهج التركيز المؤثر على نوعية التقلبات، ويُعدّ نموذجاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاً.

الاستشعار وتقدير الدولة

فالتقدير الدقيق للدولة شرط أساسي لضبط الغلق، ويجب أن يعرف الروبوتات الدوارة شكلها وقوات الاتصال بها على الرغم من الامتثال المادي، كما أن نظم التتبع المغناطيسي التي تستخدم مغناطيسات دائمة ومصفوفات الاستشعار الخارجي للقاع توفر قياسا مستمرا للعلامات، كما أن حزمة السحب من البراغ في الألياف الضوئية تُقيِّد الخيوط الاصطناعية على هيئة الكشف الآلي.

الحدود التطبيقية

التدخلات الطبية وإعادة التأهيل

ويحول هذا النوع من الأدوات الآلية إلى دواء، إذ يمكن أن تلحق الأدراج الجراحية الوعرة بالأنسجة الحساسة؛ وتستعمل أجهزة التكتل الناعمة والمصابون بالهلاك السوائل في شبكات النسيج المتناثرة ذات الحد الأدنى من الصدمات، ويضع النظام الآلي، وهو نظام غير قابل للتأثر بإجراءات الاختراق، ويعبر عن طريق سلسلة من الغرف، ويستفيد أيضاً من المواد الاصطناعية التقليدية.

التلقائية الصناعية

فبعد التجارة الإلكترونية والمناولة الغذائية سعت منذ وقت طويل إلى الحصول على مقبض عالمي يمكن أن يعالج أصنافاً متنوعة وهشة بسرعة عالية، كما أن المقابضات الآلية، مثل mGrip from Soft Robotics Inc.، تستخدم أصابع الصوم غير قابلة للاشتعال التي تتوافق مع المواد المحتوية على مواد غير قابلة للتصوير، والمعادن، وتكيفات مع الأسلحة.

التعاون بين البشر والروبوت

ويجب أن تضمن الآلات التعاونية السلامة أثناء الاتصال البدني، وتستخدم أجهزة الاستشعار التي تستخدمها القوة لوقف التأثير، ولكن أسطحها الصلبة يمكن أن تتسبب في إصابة في سرعة أعلى، حيث يُغطي الذراع الآلي المحصور بجهاز محمول ويُمكن جلده من التأثير على الطاقة ويوزع قوات الاتصال.

الميكترونيكات القابلة للزراعة

وتستخدم هذه الأجهزة محركات ناعمة تقوم على النسيج وتعقد عندما تضغط أو تسحب بواسطة الكابلات وتساعد الغالي دون تقييد الحركة، وهي خفيفة ويمكن أن ترتدى تحت الملابس، كما أن نظام هارفارد للتصميم البيولوجي يستخدم بث الكابلات البخارية لمساعدة التوسع في استخدام الهيب، مما يقلل من تكلفة الأيض بالنسبة للجنود أو الأفراد الذين يعانون من إعاقة في الحركة.

Underwater and Environmental Robotics

فالبيئة المائية تلائم بطبيعة الحال المبادئ الروبوتية اللينة، فالآليات الملهمة في البحر تستخدم الصهر الهيدروليكي للتشغيل الصامت والفعال، وتعالج المحاصد النافعة الكائنات البحرية دون ضرر، وهي حرجة لأخذ العينات البيولوجية، وتسهل عملية حرق النفايات في أعماق البحار، كما يمكن تصميم الآلات الآلية الصغيرة على تغيير إمكانيات التكييف أو الاستشعار الحالي.

التحديات المستمرة

وعلى الرغم من التقدم المحرز، يواجه الإنسان الآلي الناعم عقبات تحد من الاعتماد الواسع النطاق، وتتخلف الدقة في التحكم عن النظم المتشددة، وتظهر المواد الطفيفة استجابات هستيرية، ومخيفة وغير خطية تتراكم فيها أخطاء على الدورات المتكررة، ويظل وضع تقديرات قوية على مستوى الدولة للهياكل المتتالية بمثابة حدود بحثية، مع استخدام أجهزة الاستشعار المغنطيسي والرؤية الآلى في شكل أقل في الوقت الحقيقي.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن المحركات الصغيرة كثيرا ما تكون قوة تجارية للامتثال، وقد يكون الذراع الميسر تماما ضعيفا للغاية بحيث يرتفع وزنه على نطاقات أكبر، أو بطيء للغاية بالنسبة للصناعة ذات السرعة العالية، كما أن الطاقة والطاقة تحد من ذلك: فأغلب النظم المتطورة تتطلب مضغوطات ضخمة وبطءا في تصميم المواد الكيميائية باستخدام التحلل المحفز للأطر التي تستخدم فيها الهيدروجين أو التهرب من السائل.

التكامل مع الميكاترونيك الكلاسيكية

إنّ التصاميم الآلية لا تُعدّ مُصَوِّقَاتَ تقليدية، بل تُثري مجموعة أدواتها، وقد يختار مهندس مُتَقَدِّم من المُتَصَدِّدِمَات الحساسية،

الاتجاهات المستقبلية

أما المواد المتعددة الوظائف التي تعمل في نفس الوقت كهيكل وأجهزة استشعار وملجأ فتقوم بتبسيط التصميم وتحسين الموثوقية، وستتيح التطورات في الحوسبة الصغيرة تشغيل شبكات جديدة لإعادة البناء في شكلها الحقيقي، كما أن النظم الهيدروجينية التي تدمج الخلايا العضلية الحية ذات الصبغة الاصطناعية تمثل ضغطاً جذرياً على النسيج الآلي.

كما أن وضع برامجيات نموذجية مثل " سوفي " (التشكيلات الإطارية المفتوحة) و " فوكسكاد " يتيح للمهندسين تحفيز التشوهات قبل الصنع، كما أن تصميمات الموارد المفتوحة من [الهياكل الأساسية للآليات الصغيرة] هي التي ستؤدي إلى إضفاء الطابع الديمقراطي على الوصول إلى هذه الأدوات، مع نضج دورة التقارب مع تصميم النظم التقليدية

إن إدماج الروبوتات اللينة ليس اتجاهاً متيناً بل تطوراً ضرورياً، إذ إن التشغيل الآلي يتوسع في المستشفيات والمطابخ والمزارع والمنازل، يجب أن تكون الآلات آمنة وقابلة للتكيف، ومواتية، كما أن مكونات البرمجيات توفر بالضبط تلك الصفات، مما يجعل النظم المترونية أكثر شبهاً بالكائنات الحية - المقاومة، بلطف، وقادرة على العمل.