لقد رأينا العديد من حشرات الماء الآلية المختلفة على مر السنين، لكن العلماء ما زالوا يكتشفون براعة جديدة حول هذه الحشرة ويكررونها. على سبيل المثال، اخترع الباحثون مؤخرًا روبوتًا مائيًا يمكنه التحرك بسرعة عبر الماء باستخدام مراوح مثبتة على قدميه.
بطول 3 ملم فقط، يعتبر طائر الماء راجوفيليا مميزًا حقًا. تنتهي أرجلهم المتوسطة الطويلة (المستخدمة للدفع) بزوائد ريشية تتكشف عندما تصطدم بالماء. أثناء تجديفها للأمام، ترفع هذه الزوائد الموجودة تحت الماء سطح الماء مثل الشبكات الموجودة بين أصابع قدمي الضفادع، مما يدفع الحشرة للأمام بسرعة.
في نهاية السكتة الدماغية، يتم سحب المجسات على شكل مروحة من الماء، وتتجمع المجسات المبللة في نقطة - تشبه إلى حد ما شعيرات فرشاة الرسم المبللة حديثًا. وهذا يمنح اللوامس شكلاً أكثر انسيابية بينما تتأرجح الأرجل للأمام استعدادًا للضربة التالية.
طائر الماء Rhagovelia ذو المروحة - في هذه الصورة، مروحته ومخالبه موجهة نحو الأسفل، وتنعكس في الماء مثل المرآة
تسمح هذه الهياكل على شكل مروحة للحشرات بالتحرك بسرعة عبر الماء بسرعة تبلغ حوالي 120 طول جسم في الثانية. علاوة على ذلك، من خلال نشر هيكل على شكل مروحة يمتص الماء على جانب واحد من سطح الماء، يمكن لمركب الماء أن يكمل دورانًا بزاوية 90 درجة في حوالي 50 مللي ثانية.
وبناءً على هذه الفكرة، قرر علماء من جامعة كاليفورنيا، بيركلي، وجامعة آجو في كوريا الجنوبية، ومعهد جورجيا للتكنولوجيا دراسة راجوفيليا بشكل أكثر عمقًا.
باستخدام المجهر الإلكتروني، اكتشف البروفيسور جي سونج كوه من جامعة آجو وباحث ما بعد الدكتوراه دونج جين كيم أن كل خيط فردي على شكل مروحة يتكون من شريط مركزي مسطح ومرن يشبه الشريط مع أسيلات أصغر تتفرع على كلا الجانبين - مثل الريشة حقًا. يسمح هذا التصميم للملحق على شكل مروحة بالفتح تحت الماء بحيث يمكن استخدامه كمجداف.
على اليسار توجد صورة للمراوح والمخالب الموجودة في نهايتي ساقي التجديف لـ Rhagovelia، وعلى اليمين توجد صورة مجهرية ملونة للمروحة تظهر أسيلات المروحة والبنية المجهرية المسطحة الشبيهة بالشريط للأسيلات الأصغر (الخضراء) التي تشكل المروحة.
واكتشف العلماء أيضًا أن التوتر السطحي للماء يوفر كل القوة المرنة اللازمة لفتح هذه الخيوط. وكان يُعتقد سابقًا أن هذا الإجراء المتكشف كان مدفوعًا بالعضلات. أثناء السكتة الدماغية، يتم استخدام كمية صغيرة من القوة العضلية لإبقاء هذه الخيوط تحت التوتر، ولكن لا يلزم وجود قوة عضلية لنشرها.
وبناءً على هذه النتائج، أنشأ الفريق نسخة آلية من الحشرة تسمى راغوبوت. إنه بالتأكيد أكبر من الاسم نفسه، حيث يبلغ طوله 8 سم وعرضه 10 سم وارتفاعه 1.5 سم (3.1 × 3.9 × 0.6 بوصة). في نهاية كل من ساقيه الأوسطتين يوجد هيكل على شكل مروحة يشبه راجوفيليا يبلغ وزنه 1 ملليجرام مع هياكل مجهرية مسطحة تشبه الشريط بقياس 10 × 5 ملم.
الروبوت شبه المائي Rhagobot (يسار) بجوار لقطة مقربة لمروحته الإلكترونية، والتي تعمل عند تعرضها للماء
يتم توصيل الروبوت بأكمله بمصدر طاقة خارجي ويزن خمس جرام فقط. حاليًا، يمكنه التحرك بسرعة عبر الماء على مسافة طول جسمين في الثانية وإكمال دورة بزاوية 90 درجة في أقل من نصف ثانية. ومن المأمول أن يكون أحفاد راغوبوت أسرع وأكثر مرونة في تطبيقات مثل البحث والإنقاذ أو المراقبة البيئية.
وقال جاو، المؤلف المشارك الرئيسي للدراسة مع أستاذ جورجيا للتكنولوجيا سعد بومرة: "إن مراوحنا الآلية قادرة على التشوه الذاتي باستخدام قوى القوة المائية والهندسة المرنة، تمامًا مثل نظيراتها البيولوجية". "هذا نوع من الذكاء الميكانيكي المدمج الذي تم تحسينه بطبيعته بعد ملايين السنين من التطور. وفي مجال الروبوتات الصغيرة، ستصبح هذه الآلية الفعالة والفريدة من نوعها تقنية رئيسية لاختراق قيود تصغير الروبوتات التقليدية."
قاد البحث أورتيجا جيمينيز، الأستاذ المساعد في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، ونشرت ورقته البحثية مؤخرًا في مجلة Science. يمكنك رؤية Rhagobot وهو يعمل في الفيديو أدناه.
المصدر: جامعة كاليفورنيا، بيركلي، معهد جورجيا للتكنولوجيا