أول «جلد إلكتروني قابل للتمدد» يمنح الروبوتات حساسية اللمس كالبشر

طوره باحثون بجامعة تكساس في أوستن

تستفيد الرعاية الطبية من «الجلد الإلكتروني» حيث تتمكن الروبوتات من فحص نبض المريض أو تدليك جزء من جسمه (شاترستوك)
تستفيد الرعاية الطبية من «الجلد الإلكتروني» حيث تتمكن الروبوتات من فحص نبض المريض أو تدليك جزء من جسمه (شاترستوك)
TT

أول «جلد إلكتروني قابل للتمدد» يمنح الروبوتات حساسية اللمس كالبشر

تستفيد الرعاية الطبية من «الجلد الإلكتروني» حيث تتمكن الروبوتات من فحص نبض المريض أو تدليك جزء من جسمه (شاترستوك)
تستفيد الرعاية الطبية من «الجلد الإلكتروني» حيث تتمكن الروبوتات من فحص نبض المريض أو تدليك جزء من جسمه (شاترستوك)

يبرز «الجلد الإلكتروني»؛ وهو مادة مصممة لتقليد حساسية ومرونة جلد الإنسان، بوصفه اتجاهاً ناشئاً في مجال تطوير عالم الروبوتات، وخصوصاً تلك الشبيهة بالإنسان. ويَعِد هذا الابتكار بتعزيز دقة الروبوتات وفتح إمكانيات جديدة لها لتنفيذ مهامّ تتطلب معالجة دقيقة ومهارات حركية معينة.

اختراق علمي جديد

طور باحثون في جامعة تكساس بأوستن جلداً إلكترونياً مبتكراً قابلاً للتمدد يوفر للروبوتات والأجهزة الأخرى نعومة وحساسية اللمس كجلد الإنسان. وعلى عكس تقنيات الجلد الإلكتروني الموجودة، والتي يفقد معظمها الدقة عندما تتعرض للتمديد، يحافظ هذا الجلد الإلكتروني على حساسية ثابتة.

تقود الباحثة نانشو لو، من كلية كوكريل للهندسة، المشروع، وتُسلط الضوء على أهمية الجلد الإلكتروني القابل للتمدد الذي يتصرف بشكل مُشابه لجلد الإنسان؛ بمعنى أنه يتمدد وينحني مع الحركة دون المساس باستجابة الضغط. قد يسمح هذا الإنجاز للأيدي الروبوتية بالعمل بالنعومة نفسها والحساسية التي تتمتع بها أيدي البشر، مما قد يُحدث ثورة في مجالات مثل الرعاية الطبية.

كما يمكن للروبوتات المجهزة بهذه التكنولوجيا مراقبة العلامات الحيوية للمريض، أو أداء مهام النظافة، أو تقديم خدمات التدليك. ويؤكد الطلب المتزايد على رعاية المسنين على مستوى العالم ضرورة تطوير مساعدين آليين. ودعت الباحثة لو إلى استخدام الروبوتات بوصفها حلاً رئيسياً للرعاية الفعالة واللطيفة. ونوهت بأنه يمكن للروبوتات المجهزة بالجلد الإلكتروني أن تساعد في سيناريوهات الكوارث، وتحديد أماكن المصابين، وتوفير الرعاية الفورية، مثل الإنعاش القلبي الرئوي.

يحتاج ملايين المسنين إلى الرعاية وهو ما يفوق ما يستطيع النظام الطبي العالمي توفيره (شاترستوك)

تعزيز الاستشعار الآلي

تستشعر تقنية الجلد الإلكتروني التقليدية الضغط والتشوه، مما يؤدي إلى قراءات غير دقيقة للضغط عند تمديده. يتغلب الابتكار الجديد على ذلك من خلال المحافظة على الدقة، حتى عند تمديد الجلد، ويمنع الروبوتات من استخدام القوة المفرطة. وبالفعل استطاع الجلد الإلكتروني الجديد إظهار قدرات مثل التقاط موجات النبض، وإمساك الأشياء، والتعامل مع العناصر الحساسة دون إتلافها.

كما يستخدم الجلد الإلكتروني الجديد مستشعر ضغط الاستجابة الهجين، الذي يجمع بين الاستجابات السعوية والمقاومة، التي قام فريق جامعة تكساس بتحسينها على مدار عدة سنوات. ومن خلال إتقان هذه المستشعرات ودمجها مع مواد قابلة للتمدد، تمكّن الباحثون من إنشاء جلد إلكتروني شديد الحساسية وقابل للتمدد.

الباحثة نانشو لو من جامعة تكساس بأوستن التي تطور جلداً إلكترونياً مبتكراً قابلاً للتمدد (جامعة تكساس)

التطبيقات والتعاون المستقبلي

تركز الباحثة لو وفريقها الآن على التطبيقات المحتملة، ويعملون مع قسم علوم الكمبيوتر بجامعة تكساس لتطوير ذراع آلية مجهزة بالجلد الإلكتروني. وقد قدم الفريق طلباً مؤقتاً للحصول على براءة اختراع لهذه التكنولوجيا، ساعين لاستكشاف سبل التعاون مع شركات الروبوتات؛ لتسويقها تجارياً.

يمثل الجلد الإلكتروني الجديد القابل للتمدد الذي جرى تطويره بجامعة تكساس في أوستن، تقدماً كبيراً في الحساسية والدقة الروبوتية، مع تطبيقات محتملة واسعة بمجال الرعاية الصحية والاستجابة للكوارث. وتَعِد هذه التكنولوجيا بتعزيز قدرات الروبوتات، مما يجعلها أكثر قدرة على التكيف وحساسية في أداء المهام الدقيقة. ومع استمرار الباحثين في تحسين هذا الابتكار وتطبيقه، يبدو مستقبل الروبوتات واعداً.


مقالات ذات صلة

الهيكل العظمي «للروبوتات المستقبلية» التي تعمل بالطاقة العضلية

تكنولوجيا تُلهم عضلات الإنسان مطوري حركات الروبوتات ما يدفعهم لاستكشاف تصميمها وطريقة عملها آملاً في تطبيقها على روبوتاتهم (شاترستوك)

الهيكل العظمي «للروبوتات المستقبلية» التي تعمل بالطاقة العضلية

طوّر مهندسون زنبركاً جديداً يزيد عمل العضلات الطبيعية إلى الحد الأقصى يمكن أن يكون بمثابة «الهيكل العظمي» للروبوتات المستقبلية التي تعمل بالطاقة العضلية.

نسيم رمضان (لندن)
تكنولوجيا أطلقت الشركة في الأصل القدرة على إخفاء علامة تبويب الإعجابات كميزة لمشتركي «X Premium» العام الماضي (شاترستوك)

«إكس» تبدأ ميزة إخفاء الإعجابات الخاصة لحماية تفضيلات المستخدمين

«إكس» تعلن بدء إخفاء إعجابات المستخدمين تلقائياً هذا الأسبوع بهدف السماح لهم بالتفاعل مع المنشورات دون خوف من التدقيق العام، وفق تعبيرها.

نسيم رمضان (لندن)
تكنولوجيا ستعمل «Apple Intelligence» مع طرازات «iPhone 15 Pro» و«iPhone 15 Pro Max» المزودة بشريحة «A17 Pro» (أ.ب)

ما الأجهزة التي ستعمل مع نظام الذكاء الاصطناعي الجديد من «أبل»؟

ما الذي تستلزمه تكنولوجيا «إنتليجنس» الجديدة من «أبل» لتعمل على مختلف الأجهزة؟

نسيم رمضان (لندن)
تكنولوجيا «أبل آيباد» (10.2 بوصة... الجيل التاسع... 2021)

أفضل الأجهزة اللوحية لعام 2024

خيارات متنوعة للمنزل والعمل والدراسة


الهيكل العظمي «للروبوتات المستقبلية» التي تعمل بالطاقة العضلية

تُلهم عضلات الإنسان مطوري حركات الروبوتات ما يدفعهم لاستكشاف تصميمها وطريقة عملها آملاً في تطبيقها على روبوتاتهم (شاترستوك)
تُلهم عضلات الإنسان مطوري حركات الروبوتات ما يدفعهم لاستكشاف تصميمها وطريقة عملها آملاً في تطبيقها على روبوتاتهم (شاترستوك)
TT

الهيكل العظمي «للروبوتات المستقبلية» التي تعمل بالطاقة العضلية

تُلهم عضلات الإنسان مطوري حركات الروبوتات ما يدفعهم لاستكشاف تصميمها وطريقة عملها آملاً في تطبيقها على روبوتاتهم (شاترستوك)
تُلهم عضلات الإنسان مطوري حركات الروبوتات ما يدفعهم لاستكشاف تصميمها وطريقة عملها آملاً في تطبيقها على روبوتاتهم (شاترستوك)

العضلات هي المحركات الطبيعية المثالية، تحول الطاقة إلى حركة بقوة ودقة لا مثيل لهما. على عكس المحركات الاصطناعية، يمكن للألياف العضلية أن تشفى من التلف، وتنمو بشكل أقوى مع ممارسة الرياضة. هذه الخصائص الفريدة تجعل العضلات الطبيعية خياراً جذاباً لتشغيل الروبوتات، ما يدفع المهندسين لاستكشاف تصميمات بشكل حيوي. ومع ذلك، لم يكن هناك نهج موحد لتسخير قوة العضلات بشكل فعّال في الأنظمة الروبوتية، حتى الآن.

طوّر مهندسو «MIT» جهازاً يشبه الزنبرك يُعرف باسم الثني مصمماً لتحسين أداء الأنسجة العضلية في الروبوتات (معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا)

ابتكار جديد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

قام مهندسو معهد «MIT» بتطوير جهاز يشبه الزنبرك، يُعرف باسم الثني، مصمم ليكون بمثابة وحدة هيكلية أساسية للروبوتات التي تعمل بالطاقة العضلية. يهدف هذا الانثناء المبتكر إلى تحسين أداء الأنسجة العضلية المرتبطة بها، وتعظيم قدراتها الحركية. تعمل الثنية مثل ضغط الساق المضبوط بدقة، ما يضمن قدرة العضلات على ممارسة نطاق حركتها الكامل بطريقة يمكن التحكم فيها، ويمكن التنبؤ بها. يمكن أن يمهد هذا التقدم الطريق أمام روبوتات هجينة حيوية أكثر كفاءة وتنوعاً.

التحدي المتمثل في تنشيط العضلات

عندما تُترك الأنسجة العضلية لتتقلص من تلقاء نفسها، خاصة في طبق زجاجي مخبري، فإنها تميل إلى التحرك بشكل متقطع وغير متوقع. هذه العشوائية في الحركة تجعل من الصعب تسخير إمكاناتها الكاملة للمهام الميكانيكية. تقليدياً، قام المهندسون بربط أربطة عضلية بين وظيفتين مرنتين لتوليد الحركة. ومع ذلك، غالباً ما تؤدي هذه الإعدادات إلى حركة محدودة وغير متناسقة بسبب التباين في كيفية تفاعل العضلات مع القوائم.

كان الفريق في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، بقيادة ريتو رامان، أستاذ التطوير الوظيفي في التصميم الهندسي، يهدف إلى تصميم هيكل عظمي يمكنه تسخير قوة تقلص العضلات بشكل أكثر كفاءة، ويمكن التنبؤ بها. وكان السؤال الرئيسي الذي سعوا للإجابة عليه يتعلق بكيفية تصميم هيكل عظمي يزيد من القوة التي تولدها الأنسجة العضلية.

غالباً ما تتحرك أنسجة العضلات بشكل غير منتظم عندما تنقبض من تلقاء نفسها ما يجعل من الصعب تسخير إمكاناتها الكاملة للمهام الميكانيكية (شاترستوك)

تصميم الانثناء في العضلات

لمواجهة هذا التحدي، أخذ الباحثون في الاعتبار الاتجاهات الطبيعية التي تتحرك فيها العضلات. وجدوا أن العضلة يجب أن تكون قادرة على السحب في اتجاه محدد. قادهم هذا إلى مفهوم الثني الذي يكون ناعماً ومرناً في اتجاه واحد، ولكنه جامد في جميع الاتجاهات الأخرى. رأى الباحثون أن الثنيات عبارة عن أجهزة تشبه الزنبرك مصنوعة من حزم متوازية يمكنها التمدد بدقة نانومترية. ومن خلال ضبط سُمك ونابض الزنبرك، يمكن ضبط صلابة الانثناء بدقة.

إنشاء المرونة المثالية

صَمم الفريق ثنية تبلغ صلابة الأنسجة العضلية فيها 1/100. يرتكز هذا الهيكل المصغر الذي يشبه آلة الأكورديون على أعمدة صغيرة في زواياه، التي يتم وضعها بالقرب من أعمدة إضافية مثبتة على القاعدة. يتم لفّ العصابات العضلية، التي تنمو من خلايا الفئران، حول هذه الأعمدة. عندما تنقبض العضلة، فإنها تسحب الأعمدة معاً بطريقة يمكن التحكم فيها، وذلك بفضل تصميم الانثناء.

لقد كانت النتائج مبهرة حيث سمحت الثنية للأشرطة العضلية بالتقلص في المقام الأول على طول الاتجاه المطلوب، ما أدى إلى تقريب الأعمدة بعضها من بعض 5 مرات، مقارنة بالتصميمات السابقة. يضمن هذا الانكماش المركّز تحويل قوة العضلات بكفاءة إلى حركة.

تضمن الثنية أن تتمكن العضلات من ممارسة نطاق حركتها الكامل بطريقة يمكن التحكم فيها ويمكن التنبؤ بها (شاترستوك)

قياس أداء العضلات

تتيح الثنية أيضاً قياساً دقيقاً لأداء العضلات وقدرتها على التحمل. ومن خلال تغيير وتيرة تقلصات العضلات، لاحظ الباحثون أن العضلات تتعب بسرعة أكبر عند الترددات الأعلى، ما يقلل من قوة السحب. وتعدّ هذه الرؤية حاسمة لفهم ديناميكيات العضلات، ويمكن أن تساعد في تطوير الروبوتات الحيوية الهجينة عالية التحمل.

التطبيقات المستقبلية

يعمل الباحثون الآن على الجمع بين الثنيات لإنشاء روبوتات معقدة ومفصلية مدعومة بعضلات طبيعية. أحد التطبيقات المثيرة للاهتمام هو مجال الروبوتات الجراحية، حيث يمكن للروبوتات التي تعمل بالطاقة العضلية إجراء عمليات جراحية طفيفة التوغل داخل الجسم. إن القدرة على التكيف والقوة والكفاءة للمشغلات البيولوجية تجعلها مناسبة بشكل خاص للتطبيقات الروبوتية صغيرة الحجم.

يفتح هذا الابتكار إمكانات جديدة لإنشاء روبوتات ليست قوية ودقيقة فحسب، بل قادرة أيضاً على الشفاء والتقوية بمرور الوقت.