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.


مقالات ذات صلة

«يوتيوب» يوفر الآن التعليق الصوتي الاصطناعي على فيديوهات «شورتس»

تكنولوجيا تعد تحديثات «يوتيوب» جزءاً من اتجاه أوسع لمنصات الفيديو التي تتبنى ميزات مماثلة للحفاظ على قدرتها التنافسية وجذب المستخدمين (شاترستوك)

«يوتيوب» يوفر الآن التعليق الصوتي الاصطناعي على فيديوهات «شورتس»

«يوتيوب» يطلق تحديثات جديدة لجعل إنشاء مقاطع الفيديو القصيرة ومشاركتها أكثر جاذبية وسهولة في الاستخدام.

نسيم رمضان (لندن)
الاقتصاد تتطلع تايوان لزيادة التعاون مع السعودية في عدد من المجالات الاقتصادية. وفي الصورة يظهر برج تايبيه في العاصمة التايوانية أحد أطول الأبراج في العالم بطول 508 أمتار (الشرق الأوسط)

تايوان تتجه لتوسيع تعاونها مع السعودية في التكنولوجيات الجديدة

شدد دبلوماسي تايواني على استراتيجية العلاقات السعودية مع بلاده، حيث تتطلع تايوان لتوسيع التعاون الثنائي في التكنولوجيا الجديدة ذات القيمة الإضافية للاقتصاد. …

فتح الرحمن يوسف (الرياض)
تكنولوجيا يبلغ سعر كل من السماعات نحو 179 دولاراً ما يجعل القرار يستند أكثر إلى الميزات والوظائف بدلاً من التكلفة فقط (الشرق الأوسط)

سماعات «Galaxy Buds 3» الجديدة أم «Airpods - الجيل الثالث»... ماذا تختار؟

طرحت «سامسونغ» سماعات «Galaxy Buds 3» بمميزات عدة فكيف تختلف عن «AirPods (الجيل الثالث)» من «أبل»؟

نسيم رمضان (لندن)
تكنولوجيا مجموعة جديدة من المنتجات كشفت عنها شركة «سامسونغ» في حدثها الضخم في باريس اليوم الأربعاء (سامسونغ)

إليك كل ما جاء في حدث سامسونغ «Samsung Galaxy Unpacked»

تعرف على تفاصيل الهواتف الذكية القابلة للطي والساعات الذكية والسماعات حتى خاتم ذكي كشفت عنها جميعاً «سامسونغ» اليوم.

عبد العزيز الرشيد (الرياض)
تكنولوجيا يساعد فهم الخصائص الأمنية للجهاز في تقليل خطر الوقوع ضحية للتهديدات السيبرانية بشكل كبير (شاترستوك)

ما الأكثر أماناً أمام الفيروسات... أجهزة «آيفون» أم «آندرويد»؟

على عكس «آندرويد» الذي يسمح بتثبيت التطبيقات من مصادر مختلفة يعمل «آيفون» ضمن نظام بيئي مغلق... هل هذا يعني أنه أكثر أماناً؟

نسيم رمضان (لندن)

الذكاء الاصطناعي قد يتنبأ باحتمالية إصابتك بألزهايمر في المستقبل

الأداة دقيقة بنسبة تزيد على 80 % (رويترز)
الأداة دقيقة بنسبة تزيد على 80 % (رويترز)
TT

الذكاء الاصطناعي قد يتنبأ باحتمالية إصابتك بألزهايمر في المستقبل

الأداة دقيقة بنسبة تزيد على 80 % (رويترز)
الأداة دقيقة بنسبة تزيد على 80 % (رويترز)

يمكن لأداة جديدة للذكاء الاصطناعي أن تتنبأ بما إذا كان الأشخاص الذين يعانون من مشاكل خفيفة في الذاكرة قد يصابون بمرض ألزهايمر في المستقبل، وذلك دون الحاجة إلى اختبارات تشخيصية مكلفة.

ووفق شبكة «سكاي نيوز» البريطانية، فقد استخدم العلماء في جامعة كامبريدج خلال تطوير الأداة الجديدة خوارزمية لتحليل الاختبارات المعرفية، ومسح الدماغ بالرنين المغناطيسي لـ1500 مريض في المملكة المتحدة والولايات المتحدة الأميركية وسنغافورة.

وبعد ذلك، كانت الأداة قادرة على التمييز بين الأشخاص الذين يعانون من مشاكل خفيفة في الذاكرة والقدرات المعرفية، والتي من شأنها أن تظل مستقرة، من أولئك الذين قد تتطور حالتهم إلى مرض ألزهايمر على مدى السنوات الثلاث التالية.

وكان تنبؤ الأداة دقيقاً بنسبة تزيد على 80 في المائة، أي أفضل بثلاث مرات من الطرق السريرية الحالية لتحديد الأشخاص الذين من المحتمل أن يصابوا بالمرض، وفقاً للدراسة.

امرأة تعاني مرض ألزهايمر (رويترز)

ويتطلب التشخيص الدقيق حالياً ماسحاً ضوئياً باهظ الثمن للدماغ أو عينة من السائل الشوكي.

وقالت زوي كورتزي، كبيرة مؤلفي الدراسة، إن أداة الذكاء الاصطناعي يمكنها أيضاً التنبؤ بما إذا كانت أعراض المريض ستتدهور ببطء أو بسرعة.

وقالت: «هذا الأمر من شأنه أن يعمل على تحسين صحة المرضى بشكل كبير، ويوضح لنا الأشخاص الذين يحتاجون إلى تدخل سريع، ويطمئن المرضى الذين من المستبعد أن تتدهور حالتهم».

وكتب الباحثون في دراستهم التي نشرت في مجلة «eClinicalMedicine» أن الأداة الجديدة ستسمح لأولئك المعرضين للخطر بتعديل أنماط حياتهم أو بدء علاجات دوائية جديدة في مرحلة مبكرة، حيث ستكون العلاجات حينها أكثر فاعلية.

كما أكدوا أن الأداة ستساعد الأشخاص على تفادي تلقي العلاج الخاطئ أو غير المناسب، عند معاناتهم من مشاكل معرفية ناجمة عن حالات أخرى غير ألزهايمر، مثل القلق والاكتئاب.