نجح فريق بحثي ياباني - أميركي مشترك، في تطوير تقنية قديمة تتميز بتكلفتها المنخفضة وسلامتها ومرونتها العالية، لتصميم وإنتاج محركات هوائية من القماش تكسب الروبوتات قدراً أكبر من النعومة. وعلى عكس الأجزاء الروبوتية التقليدية الصلبة، يمكن للمحركات الهوائية الناعمة المصنوعة من القماش التفاعل بأمان مع البشر والأشياء الأخرى الأكثر حساسة.
ووفقاً لنتائج الدراسة المنشورة في دورية «ساينتفيك روبروتس (Scientific Reports)»، استطاع الباحثون استخدام ما تُعرف بـ«أنماط تورينغ» لتطوير طريقة جديدة لتصميم وإنتاج تلك المحركات الهوائية الناعمة المصنوعة من القماش (FSPAs).
تألّف الفريق البحثي من الدكتور ماساتو تاناكا، والدكتور تسويوشي نومورا من مختبرات البحث والتطوير المركزية لشركة «تويوتا» في اليابان، والدكتور يويانغ سونغ من شركة «تويوتا لهندسة وتصنيع المحركات» في أميركا الشمالية في الولايات المتحدة.
قال تاناكا، في بيان صحافي، صادر السبت: «ينبع الدافع وراء هذا البحث من الحاجة إلى تصنيع روبوتات ناعمة يمكنها إجراء حركات محكومة باستخدام آليات بسيطة».
وأوضح نومورا: «كان هدفنا تطوير أنظمة (FSPA) بسيطة ومنخفضة التكلفة قادرة على تغيير شكلها». وأضاف سونغ: «استلهمنا من عمل آلان تورينغ طريقة لتطوير عملية تصميم الأغشية السطحية للأجهزة».
ووفق الدراسة تنتج «أنماط تورينغ» من أنظمة تحتوي على مكونات تتيح لها التفاعل والانتشار، حيث يمكن لمادتين متفاعلتين أن تعزز حركة إحداهما الأخرى، أو أن تقمع حركة إحداهما الأخرى. وتتكون المحركات الهوائية الناعمة من القماش المستخدَم في بناء المحرك الذي يؤدي تلك الحركات استجابةً للضغط عليه.
كانت الخطوة الأولى في طريقتهم هي تحسين عمليات توجيه تشكّل المادة عبر ترتيب ألياف القماش المرن على سطح المحرك، واعتماداً على أسس تلك الطريقة القديمة تمكّنوا من إنتاج أنماط معينة من المادة يتم التحكم فيها آلياً، إذ تضمن هذه الأنماط تشكل وتشوه المادة بالطريقة المرغوب فيها.
والمحركات الهوائية الناعمة القائمة على القماش هي أجهزة مرنة وناعمة يمكن أن تتشوه، متخذة كثيراً من الأشكال والأوضاع المختلفة أو تتحرك عند الضغط عليها، إذ تعمل عن طريق النفخ أو الانكماش، مما يجعل القماش ينحني أو يمتد أو يلتوي؛ مما يكسب هذه الأجهزة مزيداً من المرونة والنعومة.
وبفضل طبيعتها الناعمة وخفة وزنها، تعدّ تلك المحركات مناسبة للغاية لتطبيقات مثل الأجهزة القابلة للارتداء، وخيام القماش التي يأوي إليها المتنزهون والمغامرون في الأماكن النائية، والأيادي الروبوتية، وبعض الأجهزة المساعدة. وتكمن قيمتها في تكلفتها المنخفضة وسلامتها ومرونتها العالية.
ومع ذلك، فإن تصميم وتصنيع هذا النوع من المحركات يشكلان تحدياً. وقد عالج فريق البحث هذا التحدي من خلال تطوير عمليات التصنيع، مرتكزاً على طريقة آلان تورينغ القديمة. «تستخدم الهياكل الهوائية التقليدية عادةً مواد ذات سمات هندسية محددة»، كما أوضح الدكتور تاناكا.
في حين تُعرف المواد الناعمة بخصائصها التي تتيح لها أن تنتفخ أو تنحني بشكل منتظم عند تطبيق الضغط عليها. ومع ذلك، فإن تصميم وتصنيع مادة تتشوه بطريقة محكومة ويمكن التنبؤ بها يتطلبان التجربة والخطأ، وقد يستغرقان وقتاً طويلاً.
كان هدف فريق البحث تجاوز هذه القيود من خلال أتمتة العمليات وتحسينها بصورة آلية، مما يؤدي إلى حركات أكثر تقدماً، ولكن مع ضمان التحكم في تطبيقاتها.
وكما أوضح نومورا: «يعالج بحثنا هذا التحدي من خلال الاستفادة من (أنماط تورينغ) في تطوير تصميم يرتكز على توجيه تشكل تلك المواد واستخدام تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد في إنتاجها».
