قام العلماء بتطوير روبوت ناعم مرن وخالي من المحركات، وخالي من البطاريات، ويمكنه الارتداد إلى ما لا نهاية بمجرد تشعيعه باستخدام ضوء الأشعة تحت الحمراء

الملخص:

نجح فريق بحث علمي في جامعة ولاية كارولينا الشمالية في الولايات المتحدة في تطوير روبوت مصغر مرن ذو هيكل انسيابي للغاية. ولا يحتوي الروبوت على أي محركات أو تروس أو بطاريات أو شرائح تحكم إلكترونية تقليدية، كما أنه أرق من العملة المعدنية. يمكنه تحويل الضوء والحرارة بشكل مستقل إلى طاقة ميكانيكية إلتواءية مرنة محتملة تحت إشعاع مستمر للأشعة تحت الحمراء، مما يكمل دورة ارتداد مستمرة لا نهائية من الإقلاع، وإعادة الضبط في الهواء، والشحن للإقلاع مرة أخرى.

وفقًا لتفاصيل البحث المنشورة في المجلات الأكاديمية، يتكون الروبوت الناعم المسمى "Ring Leaper" بشكل أساسي من هيكلين رئيسيين: دائرة من شرائح البوليمر المرنة على شكل قطرة مصنوعة من المطاط الصناعي البلوري السائل (LCE)، وغطاء صلب من الألومنيوم الدقيق على شكل حرف V مثبت عند طرف القطرة. يتمتع المطاط الصناعي البلوري السائل بخصائص الانكماش الحراري. عندما يشع ضوء الأشعة تحت الحمراء سطح الروبوت، تتقلص السلاسل الجزيئية الموجودة على الجانب الساخن وتحاول توليد دوران تلقائي. في هذا الوقت، يعيق أنبوب الألومنيوم الصلب على شكل حرف V الموجود في الواجهة الأمامية التدحرج الحر للبوليمر، مما يجبر حزام البوليمر على الالتواء المستمر إلى الداخل مثل الساعة، وبالتالي تراكم كمية كبيرة من الطاقة المحتملة للتشوه المرن. عندما يخترق الضغط الالتوائي العتبة الحرجة، ينزلق أنبوب الألومنيوم على شكل حرف V على الفور إلى الأسفل على الأرض، ويطلق الطاقة المتراكمة على الفور ويقذف الروبوت بأكمله عالياً في الهواء.

وجد فريق البحث أن الروبوت يمكنه الاعتماد على ذاكرته المرنة المادية للتعافي تلقائيًا وفك الالتواء في الهواء أثناء عملية الطيران. بعد الهبوط، يمكنه الدخول على الفور إلى الدورة التالية لامتصاص الضوء والتدفئة دون أي تدخل يدوي أو جهاز إعادة ضبط ميكانيكي. وطالما ظل مصدر ضوء الأشعة تحت الحمراء الخارجي مضاءً، يمكن أن تستمر عملية "تخزين الطاقة المرتد وإعادة الضبط الذاتي" لمئات المرات.

أكدت التجربة أيضًا أنه يمكن التحكم بشكل مباشر في شكل حركة الروبوت ومشيته من خلال الضبط الدقيق لزاوية فتح أنبوب الألومنيوم على شكل حرف V: عندما يتم ضبط الزاوية على 120 درجة، يتلوى الروبوت ويزحف بالقرب من الأرض؛ وعندما تنخفض الزاوية إلى 90 درجة، يقفز الروبوت إلى الأمام؛ وعندما يتم تشديد الزاوية إلى 50 درجة، يُظهر الروبوت قدرة قوية على القفز عموديًا في السماء، مع أقصى ارتفاع للقفز يمكن أن يصل إلى أكثر من 80 ضعف حجمه. بالإضافة إلى ذلك، من خلال إضافة كمية صغيرة من الوزن إلى نهايته المستديرة لضبط مركز الكتلة، يمكنه قمع التدحرج في الهواء بشكل فعال وتحسين الاستقرار ومسافة القفز للأمام بشكل كبير.

في اختبار الاختراق على مجموعة متنوعة من التضاريس المعقدة، نجح الروبوت الصغير في التسلق فوق العشب والرمال والشواطئ المرصوفة بالحصى والمنحدرات اللطيفة والطرق العوائق المتناثرة مع مسامير تثبيت الورق، مما يدل على قدرته القوية على التكيف مع التضاريس غير المنتظمة. وأشار الباحثون إلى أنه على الرغم من أن النظام لا يزال يعتمد على مصادر خارجية للأشعة تحت الحمراء لتوفير الطاقة، ولا يوجد منتج تجاري فوري، فإن هذا الاختراق الأساسي في استخدام الهياكل الهندسية والمواد الذكية لتحقيق دورات ذاتية الدفع قد كسر تمامًا عنق الزجاجة الفني للروبوتات الصغيرة التقليدية التي تعتمد على آليات إعادة ضبط تخزين الطاقة الضخمة، ويوفر أفكارًا تصميمية جديدة ومراجع الأجهزة للكشف البيئي المستقبلي، وسرب الروبوتات الصغيرة، والبحث والإنقاذ الناتج عن الكوارث غير المنظمة.