الأثر البيئي لعمليات التصنيع والتصريف

وقد برزت مواد آلية صغيرة كأحد أكثر الميادين واعدة في الهندسة الحديثة، حيث توفر آلات يمكن أن تنحني وتمتد وتقبض وتتفاعل مع أشياء حساسة بطرق لا يمكن أن يُمكن للآليات أن تُفحصها، ومن الأدوات الجراحية التي تُبحر الجسم البشري بأقل قدر من الصدمات إلى المقبضين الذين يتعاملون مع الأغذية والثمار دون ضرر، فإن التطبيقات المحتملة واسعة النطاق، ومع أن الدراجات الميدانية تنضج وتنتقل من مختبرات البحثية إلى الإنتاج التجاري.

عمليات التصنيع والاهتمامات البيئية

ويعتمد إنتاج الروبوتات اللينة اعتماداً كبيراً على البوليمرات والذرات والمركبات التي تعتمد على السيليكون، وفي حين أن هذه المواد تتيح المرونة والقدرة على التكيف التي تحدد الروبوتات اللينة، فإن تصنيعها ينطوي على أعباء بيئية كبيرة، فالفهم الدقيق للمكان الذي تقع فيه هذه الأعباء هو الخطوة الأولى نحو التخفيف منها.

المواد

ومعظم المكونات الآلية اللينة مصنوعة من المطاط التركيبي، مثل المطاط المتعدد الدي ميثيلسيلوكسين، والإكوفليكس، والفلوروتا، التي تستند إلى البوليوريثان، وهي مستمدة من المواد الوسيطة البتروكيميائية، ويعني إنتاجها مرتبطاً مباشرة باستخراج الوقود الأحفوري، كما أن عملية الحفر والنقل وإعادة تحديد انبعاثات النفط الخام والغازات المحتوية على غازات الدفيئة، والملوثات العضوية (الخامات).

(أ) تشمل التكاليف البيئية ما يتجاوز استخراج المواد الخام: تشمل توليف البوليمرات السيليكونية ردود فعل كيميائية كثيفة الاستخدام للطاقة، بما في ذلك تحلل الكلوروسلين الذي يولد حمض الهيدروكلوري كمنتج ثانوي، وبدون معالجة صارمة للنفايات، يمكن أن تضر هذه المجرى الحمضي بالنظم الإيكولوجية المحلية.() وبالمثل، كثيراً ما يتطلب إنتاج المطاط التركيبي البلاستيك والمثبطات وكميات النسيجية()

الاستخدام الكيميائي والانبعاثات

وكثيرا ما تنطوي صناعة الروبوتات الطفيفة على التخدير والقذف ومنتجات الطباعة 3D التي تعتمد على المذيبات، ووكلاءات المعالجة، ورشات الإطلاق، فعلى سبيل المثال، تتطلب أجهزة التصريف المغناطيسي حافزا على البلاستيك، وتحتوي المادة الجاهزة في كثير من الأحيان على كميات صغيرة من أوليغمات السلوكين في الهواء، وفي حين أن هذه الانبعاثات تخضع لتنظيم صارم في بعض المناطق، فإنها لا تزال تتراكم في سوائل العمل.

The rise of additive manufacturing has introduced another concern: the waste of support materials and uncured resin. In extrusion — 3,D printing of thermoplious polyurethanes (TPU), failedprints and excess material are often discarded as mixed-polymer waste that is difficult to recycle. A study in [FactLT:0] Addit environmental modeluit

استهلاك الطاقة

(أ) فيما عدا المواد، فإن الطاقة اللازمة لتشكيل العناصر الآلية اللينة وعلاجها كبيرة، وتستخدم الفينات في مطاط الحريري لمدة ساعات، وتشغل أجهزة طلاء الحقن بدرجات حرارة عالية وضغوط، بل إن عمليات معالجة الغرف تتطلب بيئاتاً متحكمة في المناخ لضمان الجودة المتسقة، مما يضيف إلى حمولات المادة HVAC.

التحديات التي تواجه التخلص وإعادة التدوير

وفي نهاية فترة خدمتهم، تمثل الروبوتات اللينة مشكلة التخلص من النفايات التي لا تجهز النظم الحالية لإدارة النفايات للتعامل معها، خلافا للالكترونيات الجامدة التي أنشأت مسارات لإعادة تدوير المعادن ولوحات الدوائر، تتكون النظم الآلية اللينة من مزيج متشابك من البوليمرات والسيليكونات، وكثيرا ما تكون إلكترونية أو قنوات مسيّرة.

نهاية الموسم الحي

معظم الروبوتات المرنة تدخل اليوم في أحد مسارات التخلص: مدافن القمامة، أو الحرق، أو الإغراق غير الرسمي، ومدافن القمامة هي أكثر المعاني شيوعاً، ولا يمكن تصنيفها من حيث النواحي الآلية؛ ويمكن أن تستمر لمدة قرون، وتشتت ببطء في تصميمات المواد الآلية ذات الصلة بالمناطق الدقيقة والنانوبلية.

الصعوبات المؤثرة في إعادة التدوير

ومن ثم فإن معظم الممتلكات التي تجعل الروبوتات غير جذابة، وقابلية الارتداد، والدمج المتعدد المواد، تجعلها صعبة إعادة التدوير بشكل استثنائي، وتفصل الحريريات عن البوليوريثان، أو تزيل أجهزة الاستشعار والأسلاك المحتوية على مواد متجانسة ذات متغيرات عالية، تتطلب تكنولوجيات فرز يدوية أو متقدمة نادرا ما تكون فعالة من حيث التكلفة.

الأثر البيئي للتخلص من الألغام

(أ) أن التخلص من الروبوتات اللينة يسهم في مشكلتين بيئيتين رئيسيتين: التلوث الميكروبي والنسيج الكيميائي، حيث إن شظايا السليكون والبوليوريثان تنهار تحت الضوء الأوقيانفي، وتصرفات الموجات، وتآكل الجسيمات التي تزرعها الكائنات البحرية والأرضية، ويمكن لهذه الكائنات المجهرية أن تحمل سمات مشبعة وتنقلها عبر شبكة الأغذية (A 2021)

تقييم دورة الحياة ودراسات الحالات الإفرادية

وكان تقييم دورة الحياة الكاملة هو معيار الذهب لقياس الأثر البيئي كميا، وقد ركزت عدة دراسات حديثة للآلام والكروب الذهنية على المكونات الروبوتية اللينة، مما وفر صورة أكثر دقة من مقارنات المواد البسيطة، فعلى سبيل المثال، كان الصبغة المسبقة من جامعة كاليفورنيا، بيركلي، مقارنة مع الحاج الآلي الميسر الذي كان مصنوعا من نظام PDMS مع حصار تقليدي على مدى فترة استخدام مدتها 10 سنوات.

وثمة دراسة حالة أخرى من مجموعة الأدوات الآلية الصغيرة درست يداً روبوتية لينة تستخدم في الاصطناعية، حيث تضمنت يداً متعددة من الازدهار، والإلكترونيات المدمجة، وجلدة سيليكون، ووجد الباحثون أنه إذا تم تركيب اليد في مرفق محلي، فإن الإلكترونيات ستحتاج إلى أن تخفض وقت العمل بنسبة 40 في المائة، بينما تظل عناصر السيلكون في حالة غير سليمة.

استراتيجيات التنمية المستدامة

وإدراكاً للتحديات، يقوم مجتمع متزايد من الباحثين والمصنعين بوضع حلول تعالج كل مرحلة من مراحل دورة الحياة الروبوتية اللينة، وتمثل الاستراتيجيات الواردة أدناه أكثر السبل واعدة للحد من الضرر البيئي.

تطوير المواد القابلة للتحلل البيولوجي

ومن بين النهج المباشر الاستعاضة عن الأشعة السينية غير القابلة للتحلل ببدائل قابلة للتحلل الأحيائي، حيث أن الجيلين المائي المحتوي على حرير، والألياف الحريرية، وحامض البوليغلكوليك المتعدد التكتيكي، قد استخدما جميعاً لخلق مواهب غير قابلة للتحلل يمكن أن تتحلل في ظروف التخصيب، وعلى سبيل المثال، أنشأ فريقاً في معهد جرف الجيل الميكانيكي المحتوي على نسبة 80 في المائة.

الصناعة التحويلية الملائمة للبيئة

كما أن عمليات التصنيع يمكن إعادة تصميمها للحد من الأثر البيئي، إذ أن حركات السيليكون المائي تزيل المذيبات العضوية، وتخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، وتحل نظم المعالجة باللوتاريول (UV) محل الأفران الحرارية، وتشتت استهلاك الطاقة، وتتحول بعض المختبرات إلى تصنيع مضاف باستخدام ألياف متجددة من نوع TPUIedes المصدر من النفايات السائلة بعد الاستهلاك.

تصميمات للتفكيك وإعادة التدوير

ويمكن أن يؤدي تصميم الروبوتات اللينة التي تُعَدُّ في ذهنها إلى تحسين قابلية إعادة التدوير إلى حد كبير، كما أن التصميمات النموذجية التي تُجمع بدلاً من أن تكون مترابطة بشكل دائم تسمح بفصل مختلف المواد الميكانيكية ذات الصبغة الرجعية، واستخدام مواد الميكانيكية المتعددة الارتباط بدلاً من احتكارها الكيميائي، قد يؤدي إلى تفككها.

نهاية الحياة

أما بالنسبة للمواد التي لا يمكن تحللها بيولوجياً، فإن تحسين أساليب التخلص أمر أساسي، ففي حين أن مرافق التبريد الصناعي المجهزة ببيئات عالية الحرارة، والبيئات العالية الحركة يمكن أن تعجل تدهور بعض البوليسترات الأحيائية، فإن إعادة تدوير المواد الكيميائية باستخدام التحلل الذاتي لا تزال تُضخم بالنسبة للحوافز المتعددة اليوريتانات والسيلكونات، وإن كانت لا تزال قائمة على كثافة الطاقة، وهناك نهج آخر هو برامج إعادة تدوير المواد الآلية التي تشجع على استعادة المواد الآلية.

المبادرات التنظيمية والصناعية

وقد بدأت اللائحة في المواكبة لنمو الروبوتات اللينة، حيث تُقيِّد لائحة الاتحاد الأوروبي المتعلقة بمكافحة المواد الكيميائية الخطرة في مجال التصنيع، بما في ذلك بعض المواد التي تستخدم عادة في إنتاج السيليكون، ويجري تحديث التوجيه المتعلق بالاستدامة الكهربائية والإلكترونية، الذي كان مصمما أصلا للأجهزة الإلكترونية، بحيث يشمل فئات أكثر من النظم المدمجة، التي يمكن أن تُنشئ أجهزة آلية مرنة في إطار ولاياتها الخاصة بإعادة التدوير.

كما أن الجامعات تدمج الاستدامة في مناهجها الدراسية، وتدرس دورة معهد الدراسات المتقدمة " الآليات البرمجية من أجل خطة مستدامة " الطلاب لإجراء تقييمات دورة الحياة أثناء مرحلة التصميم، وهي مهارة أصبحت هامة كاختيار المواد، وتضع مشاريع تعاونية مثل اتحاد " دوروفوم " في عام 2020 " ، روبوتات غير متينة تستند إلى الرغاويات، مع محتوى أعيد تدويره بنسبة 50 في المائة، مما يدل على أن الأهداف البيئية يمكن أن تتواءم مع الأداء التقني.

خاتمة

إن التكنولوجيا الآلية الصغيرة تعد بأمل كبير في حل المشاكل العملية في الطب والزراعة والرصد البيئي، ومع ذلك يأتي هذا الوعد بمسؤولية ضمان عدم خلق التكنولوجيا مشاكل إيكولوجية جديدة، فالأثر البيئي لصناعة الروبوتات اللينة والتخلص منها هو أثر كبير في المواد التي تستخدم الوقود الأحفوري، وعمليات إعادة التدوير الكثيفة الطاقة، وعدم وجود تصميمات قابلة لإعادة التدوير، ومن حسن الحظ أن الميدان يتصدى للابتكارات في مجال صناعة البوليمرات