تكنولوجيا

يسمح اختراق “المادة النشطة” لروبوتات الجيل التالي بتغيير الشكل

الروبوتات متغيرة الشكل

اكتشف علماء الفيزياء طريقة جديدة لتغليف الروبوتات اللينة بمواد تسمح لها بالتحرك والعمل بطرق أكثر تركيزًا.

اكتشف علماء الفيزياء طريقة جديدة لتغليف الروبوتات اللينة بمواد تسمح لها بالتحرك والعمل بطرق أكثر تركيزًا. تم وصف البحث ، بقيادة جامعة باث ، في مقال نُشر في 11 مارس 2022 ، في تقدم العلماء.

يعتقد مؤلفو الدراسة أن نمذجة “المادة النشطة” غير المسبوقة يمكن أن تمثل نقطة تحول في تصميم الروبوت. 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.

كرة مرنة ملفوفة في طبقة من الروبوتات الصغيرة

إن لف كرة مطاطية (برتقالية) بطبقة من الروبوتات الصغيرة (زرقاء) يسمح للباحثين ببرمجة الشكل والسلوك. الائتمان: جاك بينيش

دائمًا ما يتقلص سطح المادة الناعمة العادية إلى شكل كرة. فكر في الطريقة التي يتحول بها الماء إلى قطرات: يحدث التكسير لأن سطح السوائل والمواد اللينة الأخرى يتقلص بشكل طبيعي إلى أصغر مساحة سطح ممكنة – أي كرة. ولكن يمكن تصميم العنصر النشط للعمل ضد هذا الاتجاه. مثال على ذلك في العمل هو كرة مطاطية ملفوفة في طبقة 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 الفعالة إلى جيل جديد من الآلات التي سيتم تشغيلها من الأسفل إلى الأعلى. لذا فبدلاً من أن تحكمها وحدة تحكم مركزية (حيث يتم التحكم في الأذرع الروبوتية اليوم في المصانع) ، ستتكون هذه الآلات الجديدة من العديد من الوحدات النشطة الفردية التي تتعاون لتحديد حركة ووظيفة الآلة. هذا مشابه لعمل أنسجتنا البيولوجية ، مثل ألياف عضلة القلب.

باستخدام هذه الفكرة ، تمكن العلماء من تصميم آلات مرنة بأذرع مصنوعة من مواد مرنة تعمل بواسطة الروبوتات المضمنة في أسطحها. يمكنهم أيضًا تكييف حجم وشكل كبسولات توصيل الدواء ، عن طريق طلاء سطح الجسيمات النانوية بمادة نشطة تفاعلية.. وهذا بدوره يمكن أن يكون له تأثير كبير على كيفية تفاعل الدواء مع الخلايا في الجسم.

يتحدى العمل على المادة الفعالة الافتراض القائل بأن تكلفة الطاقة لسطح مادة صلبة سائلة أو صلبة يجب أن تكون إيجابية دائمًا ، لأن هناك حاجة دائمًا إلى قدر من الطاقة لإنشاء سطح.

https://www.youtube.com/watch؟v=isxEmQ8-a18

قال الدكتور جاك بينيش ، المؤلف الأول للدراسة: “العنصر النشط يجعلنا ننظر إلى قواعد الطبيعة المألوفة – قواعد مثل هذا التوتر السطحي يجب أن تكون إيجابية – في ضوء جديد. إن معرفة ما يحدث إذا خرقنا هذه القواعد ، وكيف يمكننا استغلال النتائج ، هو مكان مثير لإجراء البحوث.

وأضاف المؤلف المراسل الدكتور أنطون سوسلوف: “هذه الدراسة هي دليل مهم على المفهوم ولها العديد من الآثار المفيدة. على سبيل المثال ، يمكن أن تنتج التكنولوجيا المستقبلية روبوتات ناعمة تكون أكثر إسفنجية وأكثر قدرة على التقاط المواد الحساسة والتعامل معها.

بالنسبة للدراسة ، طور الباحثون نظرية ومحاكاة تصف مادة صلبة ثلاثية الأبعاد يتعرض سطحها لضغط نشط. اكتشفوا أن هذه الضغوط النشطة تمد سطح المادة ، وتسحب معها المادة الصلبة تحتها وتتسبب في تغيير شامل في الشكل. اكتشف الباحثون أن الشكل الدقيق الذي اعتمدته المادة الصلبة يمكن تعديله بعد ذلك عن طريق تعديل الخصائص المرنة للمادة.

في المرحلة التالية من هذا العمل – والتي بدأت بالفعل – سيطبق الباحثون هذا المبدأ العام لتصميم روبوتات محددة ، مثل الأذرع المرنة أو مواد السباحة الذاتية. سوف ينظرون أيضًا إلى السلوك الجماعي – على سبيل المثال ، ماذا يحدث عندما يكون لديك العديد من المواد الصلبة النشطة ، وكلها معبأة معًا.

المرجع: “المرونة الفعالة في المواد الصلبة اللينة ذات التوتر السطحي السلبي” بقلم جاك بينيش وتوماس آر ويلكس وأنتون سوسلوف ، 11 مارس 2022 ، تقدم العلماء.
DOI: 10.1126 / sciadv.abk3079

كان هذا العمل تعاونًا بين جامعتي باث وبرمنغهام. تم تمويله من قبل مجلس أبحاث العلوم الهندسية والفيزيائية (EPSRC) من خلال جائزة المحقق الجديد رقم. EP / T000961 / 1.


Source link

مقالات ذات صلة

أضف تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

Back to top button