يقوم المهندسون الروبوتيون المستوحون من الحشرات بإنشاء آلات تساعد في البحث والإنقاذ وتلقيح النباتات واكتشاف تسرب الغاز.
الروبوتات الثقيلة محدودة فيما يمكنها القيام به. يمكن أن يؤدي بناء روبوتات أصغر حجمًا وأكثر رشاقة تحاكي حركات وسلوكيات الحشرات إلى توسيع قدرات الروبوتات بشكل كبير.
قال كيفين تشينج ، الأستاذ المساعد في الهندسة الكهربائية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “
معظم التطورات في مرحلة البحث وهي على بعد سنوات من التسويق. لكنها تقدم حلولًا مقنعة لمجموعة متنوعة من الصناعات ، بما في ذلك الاستجابة للطوارئ والزراعة والطاقة.
يقول الخبراء إن البحث يتسارع لعدة أسباب. أصبحت المستشعرات الإلكترونية أصغر حجمًا وأكثر قوة ، ويرجع ذلك أساسًا إلى أبحاث الساعات الذكية. جعلت التطورات في تكنولوجيا التصنيع من السهل إنشاء أجزاء صغيرة. تكنولوجيا البطاريات الصغيرة آخذة في التحسن أيضًا.
ومع ذلك ، لا تزال هناك بعض التحديات. لا يستطيع الروبوت الصغير تكرار عبء عمل روبوت أكبر. تحسنت البطاريات ، لكن يجب أن تكون أصغر حجمًا وأكثر قوة. يجب أن تصبح الأجزاء الصغيرة التي تسمى المشغلات التي تحول الطاقة إلى حركة روبوتية أكثر كفاءة. يجب أن تكون المستشعرات أخف وزناً.
قال سوير بي فولر ، الأستاذ المساعد الذي يدير معهد روبوتات الحشرات الذاتية بجامعة واشنطن: “لقد أحرزنا تقدمًا كبيرًا بدءًا من النظر في كيفية حل الحشرات لهذه المشكلات”. “لكن هناك أشياء كثيرة … ليس لدينا بعد.”
وفقًا للباحثين ، يمكن تقسيم الكثير من الأبحاث حول الروبوتات الحشرية إلى عدة مجالات. يقوم بعض العلماء ببناء روبوتات كاملة تحاكي حركات وأحجام الحشرات الواقعية ، مثل النحل والكاروب. يقوم آخرون بربط الإلكترونيات بالحشرات الحية والتحكم فيها ، مما يؤدي بشكل أساسي إلى إنشاء سايبورغ (كائنات ذات جوانب عضوية وميكانيكية). يقوم البعض بتجربة أنواع هجينة تربط أجزاء من الحشرات الحية ، مثل الهوائيات ، بالروبوتات الميكانيكية.
بدأ المهندسون الآليون في البحث عن الحشرات للحصول على الإلهام منذ حوالي 10 إلى 15 عامًا. قليل من المختبرات كانت تدرسه في ذلك الوقت. قال تشين: “منذ عشر سنوات ، وبصراحة ، أعتقد أن الأمر بدا أشبه بالخيال العلمي”.
ومع ذلك ، على مر السنين ، دخل المزيد من الباحثين هذا المجال ، ويرجع ذلك أساسًا إلى التقدم التكنولوجي. وأضاف تشين أن جزءًا كبيرًا من النشاط كان مدفوعًا بتطوير ألياف الكربون والليزر التي يمكن أن تخلق “سمات دقيقة للغاية وهياكل معقدة” على نطاق صغير.
تحسنت المستشعرات الإلكترونية حيث حفزت الهواتف الذكية والساعات الذكية البحث على صنع مكونات إلكترونية أصغر.
يقول تشين: “إذا فكرت في الهواتف الذكية ، فهناك العديد من أجهزة الاستشعار فيها”. “يمكن استخدام العديد من هذه المستشعرات عمليًا ، أو يمكن دمجها في الروبوتات الدقيقة.”
يقود كينجيرو فوكودا ، الباحث في مختبر الأجهزة الرقيقة التابع لشركة Riken في اليابان ، فريقًا يربط أجهزة استشعار مطبوعة ثلاثية الأبعاد لتعيش صراصير مدغشقر. يعمل المستشعر مثل حقيبة ظهر صغيرة مزودة بلوحة شمسية للطاقة. جهاز استشعار بلوتوث للتحكم عن بعد وجهاز كمبيوتر خاص يتصل ببطن الصرصور ويطلق هزات صغيرة للانعطاف يمينًا ويسارًا.
يتصور فوكودا أن هذه الصراصير السايبورغ مفيدة في حالات الطوارئ مثل الزلازل. وقال إن الناجين تحت الأنقاض وقد يكون من الصعب رؤيتهم بالعين المجردة.
يمكن التحكم في الصراصير عن بعد وإلقائها في الحطام باستخدام مستشعرات وثاني أكسيد الكربون وكاميرات على ظهورها للمساعدة في العثور على الأشخاص المحتاجين للإنقاذ.
قال فوكودا: “الأشياء الكبيرة لا يمكن أن تذهب تحت الأنقاض”. “يمكن لحشرة صغيرة أو إنسان آلي صغير أن يفعل ذلك.”
قال فوكودا إن هذا النهج يمكن تطبيقه أيضًا على الحشرات الأخرى ذات الأصداف الكبيرة ، مثل الخنافس والزيز. ومع ذلك ، هناك حاجة إلى العديد من التحسينات في تصميم البطارية واستهلاك طاقة المكونات قبل نشر هذا الحل عمليًا ، على حد قوله.
لا يشعر الجميع بسعادة غامرة عندما يتعلق الأمر بحشرات سايبورغ. قال جيف سيبو ، أستاذ أخلاقيات علم الأحياء للحيوان في جامعة نيويورك ، إنه كان قلقًا بشأن شعور الحشرات الحية التي يهيمن عليها البشر أثناء حملها للتكنولوجيا الثقيلة. ومن غير الواضح ما إذا كان البشر يشعرون بالألم أو المعاناة ، لكن هذا لا يعني أنه يجب على البشر تجاهلها .
قال: “نحن لا نتحدث فقط عن رفاهيتهم وحقوقهم”. “نحن لا نتحرك حتى لوضع قوانين أو سياسات أو مجالس مراجعة في مكانها الصحيح للحد من الضرر الذي نفرضه عليهم”.
يقوم تشين بصنع روبوت برق طائر. هذه آلات آلية بالكامل تحاكي الطريقة التي تتحرك وتتواصل وتطير الكرات.
مستوحى من الطريقة التي يستخدم بها البرق اللمعان الكهربائي لإصدار الضوء والتواصل في الحياة الواقعية ، طور فريق Chen روبوتًا طائرًا ناعمًا يتحكم في أجنحة الروبوت ويصدر أضواء ملونة أثناء الطيران. عضلات اصطناعية مبنية.
قال تشين إن هذا سيسمح لأسراب هذه الروبوتات بالتواصل مع بعضها البعض ، ويمكن استخدامها لتلقيح المحاصيل في المزارع العمودية وحتى في الفضاء.
“إذا كنت تريد زراعة المحاصيل في الفضاء ، [I want] التلقيح “. “في هذا السيناريو ، تكون الروبوتات الطائرة أكثر ملاءمة من إرسال النحل.”
قال فولر إنه ينظر إلى الحشرات عند إنشاء روبوتات صغيرة لأنها أفضل بكثير من الاعتماد على خيالك. قال: “يمكنك أن ترى الحشرات تفعل أشياء مجنونة لا يمكن أن تفعلها على المستوى البشري”. “نحن ننظر فقط في كيفية قيام الحشرات بذلك.”
يعمل فريق فولر على بناء ذبابة آلية. مثل صراصير سايبورغ ، يمكن استخدام الذباب في مهام البحث والإنقاذ. يمكنهم أيضًا إطلاق العنان والتحليق بحثًا عن تسربات كيميائية في الهواء أو شقوق في البنية التحتية للسباكة.
قال: “عندما تفتح حقيبتك ، يطير هذا الروبوت الصغير.” “وبمجرد أن نعرف مكان التسرب ، يمكننا تصحيحه”.
قال فولر إنه يعترف أنه لا يزال أمامه طريق طويل قبل أن يتمكن الروبوت من فعل ذلك. يعد تصغير جميع المستشعرات وحزم الطاقة والمكونات التي يحتاجها الروبوت الخاص بك لنقل البيانات وإرسالها إلى فريقك أمرًا صعبًا. يعد صنع بطارية صغيرة بما يكفي لكنها قوية بما يكفي لتوفير الطاقة اللازمة للوظيفة الروبوتية تحديًا شاقًا. هناك حاجة إلى مزيد من أبحاث التصميم لجعل الروبوت المجهز بأجهزة الاستشعار مستقرًا إلى ما بعد رفرفة جناحيه.
رغم الصعوباتو وقال إن العلماء يعملون أيضًا على ربط أجزاء من الحشرات الحية ، مثل هوائيات العثة ، بالروبوتات حتى يتمكنوا يومًا ما من قراءة البيانات منها. وقال إن هذه الطريقة الهجينة يمكن أن تكون المكان المثالي لباحثي الروبوتات الحشرية.
وأضاف فولر “أعتقد أن هذا هو السبيل للذهاب”. “خذ بعضًا من البيولوجيا التي تعمل بشكل جيد حقًا وافعل الباقي باستخدام الروبوتات.”