وقتی حشرات علم رباتیک را آموزش می دهند!
بی بی سرور: حشرات در سالهای اخیر به یک منبع الهام قوی برای ساخت ربات های کوچک تبدیل گشته اند. خیلی از دانشمندان تلاش می کنند با تقلید از توانایی های این موجودات کوچک، ربات هایی بسازند که می توانند در فضاهای محدود و محیط های خشن پرواز کنند تا کارهایی را انجام دهند که انسان ها قادر به انجام دادن آنها در چنین محیط هایی نیستند.
به گزارش بی بی سرور به نقل از ایسنا، هر روز از فناوری های نوین در حوزه های گوناگونی مانند مبارزه با بیماری های نادر، استفاده از انرژی کمتر و پاک تر یا استفاده از فرآیندهای تولید صنعتی ایمن تر و کارآمدتر، برای بهبود زندگی استفاده می شود. بسیاری از این تکنولوژی ها، استانداردها و سیستم های ارزیابی «کمیسیون بین المللی الکتروتکنیک»(IEC) را برای کمک کردن به عملکرد ایمن و کارآمد به کار می گیرند.
حوزه های جالب توسعه به تازگی تا حدود زیادی از دنیای بیولوژیکی و حیوانی سرچشمه گرفته اند. حوزه های جدیدی هم برای پژوهش و توسعه در حوزه بیودیجیتال درحال ظهور هستند که می توانند رویکرد ما را به دنیای طبیعی تغییر دهند. یکی از این حوزه های جدید پژوهش و توسعه، رباتیک الهام گرفته از دنیای حیوانات است. مارها، ملخ ها، سوسک ها، مگس ها یا حتی اختاپوس ها به دانشمندان در ابداع کردن نسل بعدی ربات ها کمک می کنند.
ربات های کوچک طراحی شده برپایه رفتار حشرات، یک مبحث داغ پژوهشی هستند چونکه کارکرد و تنظیم کردن آنها نسبت به ربات های انسان نمای بزرگ، آسان تر است. رشته جدیدی از علم رباتیک به جستجوی دنیای حشرات می پردازد تا از آنها الهام بگیرد. همانطور که حسگرها و قطعات کوچک به حقیقت تبدیل می شوند و بخصوص برای ساخت ساعت و تلفن های همراه هوشمند به کار می روند، شکل ها و اندازه های جدیدی از ربات ها در لابراتوار های سراسر دنیا ظهور می کنند. آنها کاربردهای بالقوه بسیار گسترده ای را مانند امدادرسانی هنگام وقوع بلایای طبیعی تا گرده افشانی دارند.
ربات های پرنده در سالهای اخیر برای کاربردهای متعدد به صورت فزاینده ای محبوب شده اند. یکی از جذاب ترین زمینه های توسعه در فناوری پهپادها، ساخت ربات های پرنده کوچک است که ظاهر و حرکات حشرات و پرندگان را تقلید می کنند. این ربات ها پتانسیل متحول کردن طیف گسترده ای از صنایع را از جستجو و نجات گرفته تا کشاورزی دارند.
حشرات پرنده در واقع ریزماشین های هوشمندی هستند که می توانند به صورت عالی در محیط های غیرقابل پیشبینی مانور دهند. درک کردن این سیستم ها، دانش لازم را در مورد کنترل پرواز، مجموعه های سنسور و آیرودینامیک ناپایدار ارتقا می دهد که برای مهندسان مسئول توسعه ربات های پرنده هوشمند یا میکرووسایل نقلیه هوایی خیلی مهم است. اطلاعاتی که هنگام ساخت سیستم های الهام گرفته از حشرات به دست می آیند، می توانند برای حوزه های فیزیولوژی عصبی، اخلاق شناسی و جانورشناسی سودمند باشند.
حشرات پرنده در واقع ریزماشین های هوشمندی هستند که می توانند به صورت عالی در محیط های غیرقابل پیشبینی مانور دهند. در دو دهه گذشته، شاهد به کارگیری اطلاعات حاصل از این پژوهشها برای طراحی کردن سنسورهای جدید الهام گرفته از حشرات برای انواع کاربردهای مهندسی بوده ایم. حشرات پرنده به خوبی بر روش های سنجش حرکت بصری تسلط دارند. آنها از مدارهای پردازش حرکت ویژه استفاده می نمایند. دانشمندان با استفاده کردن از این اطلاعات در هدایت بصری حشرات، سنسورهای حرکتی بصری و سیستم خودکار هدایت را برای ربات های پرنده توسعه داده اند. سیستم های کنترل بصری مبتنی بر جریان نوری، روی تعداد خیلی از ربات های خودران پیاده سازی شده اند.
مورچه ها، زنبورها و سایر حشرات اجتماعی، رفتارهای جمعی پیچیده و هماهنگی را در گروههای بزرگ از خود نشان می دهند. این ویژگی، الهام بخش توسعه ربات های کوچک است که با هم کار می کنند تا وظایف محول شده را به صورت موثر انجام دهند. این ربات ها، کاربردهایی را در زمینه هایی مانند مأموریت های جستجو و نجات و نظارت بر محیط زیست دارند.
طبیعت در طول تاریخ پژوهش رباتیک، ایده ها و الهامات بسیاری را به مهندسان رباتیک عرضه کرده است. برای مثال، ربات های کوچک حشره مانند معمولاً از رفتارهای حشرات برای دوری کردن از موانع هنگام حرکت کردن استفاده می نمایند. این نوع ربات های الهام گرفته از حشرات عمدتا برای آزمایش کردن فرضیه های حل نشده در علوم زیستی ساخته می شوند. پژوهش های رباتیک که از راه همکاری نزدیک بین زیست شناسان و متخصصان رباتیک انجام می شوند، نه تنها به پرسش های چالش برانگیز در طبیعت پاسخ می دهند، بلکه به توسعه فناوری های نوین برای کاربردهای رباتیک کمک می کنند.
ویژگی های الهام بخش حشرات
حشرات به علت خدمات مهمی مانند گرده افشانی و تجزیه شناخته شده اند و یک بخش حیاتی از زنجیره غذایی جهانی هستند اما چه خصوصیت هایی دارند که سبب شده از آنها در ساخت فناوری های انسانی الهام گرفته شود؟
۱. چشم های مرکب حشرات که از عدسی های ریز گوناگونی تشکیل شده اند، الهام بخش توسعه سیستم های تصویربرداری پیشرفته هستند. دانشمندان و مهندسان از ساختار چشم حشرات الهام گرفته اند تا دوربین ها و دستگاههای تصویربرداری کوچک را با زاویه دید گسترده ایجاد کنند که میدان دید وسیع و درک عمق را بهبود می بخشند.
۲. چسبندگی پای حشرات به توسعه چسب های نوآورانه و فناوری های کوهنوردی کمک کرده است. دانشمندان با مطالعه کردن ساختارها و مکانیسم های میکروسکوپی پای حشرات، چسب هایی ساخته اند که می توانند به سطوح متعدد بچسبند و امکان توسعه ربات های کوه نورد و مواد چسبنده پیشرفته را فراهم نمایند.
۳. ساختار ژنتیکی ساده و طول عمر کوتاه حشراتی مانند مگس میوه سبب شده است که آنها معمولاً بعنوان موجودات نمونه در پژوهش های پزشکی استفاده شوند. این خصوصیت ها، آنها را به یک مدل ایده آل برای مطالعه کردن فرآیندهای بیولوژیکی و مکانیسم بیماری های متعدد تبدیل می کند. پژوهش های انجام شده روی این حشرات، اطلاعات ارزشمندی را برای درک کردن بیولوژی انسان و توسعه دادن مداخلات پزشکی عرضه کرده اند.
۴. حشرات منبعی از ترکیبات فعال زیستی هستند که میتوان از آنها در پژوهش های دارویی استفاده نمود. بعنوان مثال، پپتیدهای ضد میکروبی که در سیستم ایمنی حشرات یافت می شوند، الهام بخش توسعه آنتی بیوتیک های جدید هستند. سم حشرات هم به علت پتانسیل آنها در تسکین درد، درمان سرطان و اختلالات عصبی مورد بررسی قرار گرفته است.
۵. حشرات، سازگاری و خصوصیت های منحصربه فردی دارند که الهام بخش توسعه تجهیزات و فناوری های پزشکی است. بعنوان مثال، ساختارهای میکروسکوپی روی بال های پروانه که آب و آلودگی را دفع می کنند، بر طراحی کردن سطوح خودتمیزشونده برای تجهیزات و ایمپلنت های پزشکی تاثیر گذاشته اند.
۶. ساختارهای ریز سوزنی در بعضی از قسمت های دهان بعضی حشرات مانند پشه ها، به علت پتانسیل آنها برای کاربردهای بدون درد و کمتر تهاجمی، توجه زیادی را برای توسعه تجهیزات پزشکی و دارورسانی به خود جلب کرده اند.
حشرات الهام بخش ربات ها
۱. زنبور. زنبورهای رباتیک، ربات های پرنده کوچکی هستند که با تقلید از رفتار زنبورها طراحی شده اند و هدف از ساخت آنها کمک کردن به گرده افشانی است. اندازه این ربات ها فقط چند سانتی متر است و از یک موتور کوچک نیرو می گیرند که بال های آنها را با سرعت بالایی تکان می دهد. همچنین، زنبورهای رباتیک به حسگرهایی مجهز هستند که به آنها امکان می دهد تا در محیط اطراف خود حرکت کنند و از موانع دور شوند.
۲. سنجاقک. سنجاقک های رباتیک، ربات های پرنده کوچکی هستند که با الگوبرداری از سنجاقک ساخته شده اند و می توانند در همه جهت ها پرواز کنند. این ربات ها از چهار بال نیرو می گیرند که می توانند به صورت مستقل به حرکت درآیند و امکان کنترل دقیق حرکات ربات را فراهم نمایند. همچنین، سنجاقک های رباتیک دارای یک دوربین داخلی هستند که امکان کنترل و نظارت از راه دور را فراهم می آورد.
۳. مگس میوه. مگس های میوه رباتیک، ربات های کوچک پرنده هستند که در ساخت آنها از مگس میوه الگوبرداری شده است و قابلیت لازم را برای معلق شدن و پرواز کردن در فضاهای تنگ دارند. این ربات ها به دوربین کوچکی مجهز هستند که به آنها امکان می دهد تا در محیط خود حرکت کنند و از موانع دور شوند. مگس های میوه رباتیک، فوق العاده سبک وزن هستند.
۴. سوسک. سوسک ها بخصوص سوسک های صحرای نامیب، الهام بخش توسعه روش های نوآورانه در جمع آوری کردن آب هستند. این سوسک ها ساختارهای ویژه ای دارند که به آنها امکان می دهد تا آب را از مه جمع آوری کنند. دانشمندان از این ساختار بدن سوسک ها برای ساخت ربات هایی بهره برده اند که می توانند آب را از هوا برداشت کنند و یک چاره پایدار را برای جبران کردن کمبود آب در مناطق خشک عرضه کنند.
۵. مگس «لوسیلیا سریکاتا»(Lucilia sericata). لارو گونه خاصی از مگس ها معروف به لوسیلیا سریکاتا قرن هاست که در پزشکی برای کمک کردن به بهبود زخم مورد استفاده قرار می گیرند. لارو این مگس ها، آنزیم هایی را ترشح می کنند که برداشته شدن بافت مرده و التیام زخم را تقویت می کنند. علاوه بر این، پژوهشگران درحال مطالعه کردن قابلیت های حشرات در بازسازی خود، همچون توانایی آنها در پرورش مجدد قسمت های از دست رفته بدن هستند تا اطلاعاتی را در مورد بازسازی بافت بدن انسان به دست بیاورند.
حشرات در خدمت رباتیک
پژوهش های بسیاری به تازگی کوشیده اند تا از توانایی های متعدد حشرات در علم رباتیک استفاده نمایند و این قابلیت ها را در ربات های کوچک به کار ببرند. در ادامه این گزارش به بررسی بعضی از جدید ترین پژوهش هایی می پردازیم که در آنها از حشرات الهام گرفته شده است.
پژوهش منتشرشده در ژانویه سال ۲۰۲۴، از طراحی و ساخت دو ربات کوچک در «دانشگاه ایالتی واشنگتن»(WSU) اطلاع داد که به قول این گروه پژوهشی، کوچک ترین، سبک ترین و سریع ترین ربات های کاربردی ساخته شده تا به امروز هستند.
شاید روزی بتوان از این ربات های کوچک برای کارهایی مانند گرده افشانی مصنوعی، عملیات جستجو و نجات، نظارت بر محیط زیست، ساخت در مقیاس میکرو یا جراحی رباتیک استفاده نمود. این مینی ربات ها، هشت میلی گرم وزن دارند و می توانند با سرعت حدود ۶ میلی متر در ثانیه حرکت کنند.
«کانر تریگستاد»(Conor Trygstad)، دانشجوی مقطع دکتری مهندسی مکانیک و مواد دانشگاه ایالتی واشنگتن و پژوهشگر ارشد این پروژه اظهار داشت: باآنکه این ربات ها هنوز از بستگان بیولوژیکی خود عقب هستند اما در مقایسه با سایر ربات های کوچک در مقیاس مشابه، سریع عمل می کنند. یک مورچه معمولاً تا پنج میلی گرم وزن دارد و می تواند با سرعت حدودا یک متر در ثانیه حرکت نماید.
کلید ربات های کوچک، محرک های کوچک آنهاست که به حرکت ربات ها کمک می کنند. تریگستاد از یک روش جدید برای کوچک کردن محرک تا کمتر از یک میلی گرم بهره برد که آنرا به کوچک ترین محرک ساخته شده تا به امروز تبدیل می کند. «نستور پرز آرانسیبیا»(Néstor Pérez-Arancibia) دانشیار مهندسی مکانیک و مواد دانشگاه ایالتی واشنگتن و سرپرست این پژوهش اظهار داشت: محرک ها کوچک ترین و سریع ترین محرک هایی هستند که تابحال برای میکروربات ها ساخته شده اند.
محرک از ماده ای به نام «آلیاژ حافظه دار» استفاده می نماید که می تواند هنگام گرم شدن، شکل آنرا تغییر دهد. از آن جهت به این آلیاژ، حافظه دار می گویند که شکل اولیه را به خاطر می آورد و به آن باز می گردد. برخلاف موتورهای معمولی که یک ربات را به حرکت در می آورند، این آلیاژها هیچ قسمت متحرک یا اجزای چرخان ندارند. تریگستاد اظهار داشت: آنها از نظر مکانیکی بسیار سالم هستند. توسعه محرک بسیار سبک وزن، روزنه های جدیدی را در حوزه میکرورباتیک باز می کند.
پژوهشگران «دانشگاه هنگ کنگ»(HKU) در اکتبر سال ۲۰۲۳ از ساخت یک سیستم تغییر رنگ با الهام از بال های پروانه خبر دادند که می تواند دید مرکب را برای ربات ها فراهم آورد. آنها مواد جدیدی را ابداع کردند تا این ایده را به حقیقت تبدیل کنند. آنها یک ماده مشابه لاستیک با قابلیت تغییر رنگ ابداع کردند که «MoCA» نام دارد.
بیشتر بخوانید:
ربات ها بزودی مثل حشرات خواهند دید
این ماده منحصربه فرد الهام گرفته از بال های پروانه، از پیکسل های گوناگونی تشکیل شده است که هر کدام را میتوان به صورت جداگانه تنظیم کرد تا الگوی رنگی مورد نظر به دست بیاید. پژوهشگران گفتند: ما باور داریم که پیکسل سازی را میتوان برای طراحی کردن رابط های بیشتر و سیستم های نوری مختلف مانند چشم های مرکب مصنوعی یا لنزهای بلوری برای کاربردهای بیومیمتیک و رباتیک مورد استفاده قرار داد.
بال های پروانه، ساختارهای منحصربه فردی را برای تنظیم کردن نور دارند که «فرورفتگی های ریز دو رنگ» نامیده می شوند. عملکرد این فرورفتگی های کوچک مانند بلورهای فوتونی است که می توانند نور را مسدود، کنترل و دستکاری کنند. هنگامی که نور روی این فرورفتگی ها می افتد، در زوایای خاصی شکسته می شود و در نتیجه، الگوهای دو رنگی را روی بال های پروانه بوجود می آورد. سیستم MoCA هم به همین شکل دارای سوراخ ها یا بلورهای فوتونی است تا رنگ های متعدد را تولید نماید. این سیستم، دو لایه دارد. لایه مسطح بالا متشکل از یک نوار محرک الاستومر بلور فوتونی و لایه مقعر پایین دارای سوراخ های گرد است که با فاصله منظم از یکدیگر قرار گرفته اند.
چشم های حشرات دارای عدسی های گوناگونی هستند که به آنها امکان می دهد تا میدان دید وسیعی داشته باشند؛ یعنی می توانند طول موج هایی را از نور فرابنفش تا نور قرمز جذب کنند. سیستم MoCA به غیر از توانایی تغییر رنگ، دارای پتانسیل دستیابی به دید مرکب است که در حشرات وجود دارد. حشرات برخلاف انسان، تصاویر را به صورت پیکسلی می بینند.
باآنکه چشم انسان می تواند تصاویر رنگارنگ را با شفافیت و وضوح بالا تولید نماید اما قادر نیست به صورت هم زمان روی چندین جسم متمرکز شود یا اشعه فرابنفش را ببیند. در مقابل، چشم های حشرات دارای عدسی های گوناگونی هستند که به آنها امکان می دهد تا میدان دید وسیعی داشته باشند؛ یعنی می توانند طول موج هایی را از نور فرابنفش تا نور قرمز جذب کنند. همینطور چشم های مرکب، حشرات را قادر می سازند تا روی اجسام مختلف در محیط اطراف خود تمرکز داشته باشند.
ربات های ساخته شده توسط مهندسان «دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو»(UC San Diego) که در اکتبر سال ۲۰۲۳ رونمایی شدند، به یک پیشرفت بزرگ در درک کردن چگونگی تکامل پرواز حشرات کمک کردند. این پژوهش نتیجه یک همکاری شش ساله بین متخصصان رباتیک دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو و بیوفیزیک دانان «مؤسسه فناوری جورجیا»(Georgia Tech) بود.
یافته های این پژوهش بر چگونگی تکامل یافتن دو حالت متفاوت از پرواز در حشرات متمرکز هستند.
۱. بیشتر حشرات از مغز خود برای فعال کردن عضلات پروازی در هر بار تکان دادن بال استفاده می نمایند. این کار مانند عملکرد انسان در گام برداشتن است چونکه هر گامی که برمی داریم، عضلات پای خویش را فعال می نماییم. به این حالت حشرات، پرواز هم زمان گفته می شود.
۲. بعضی از حشرات مانند پشه ها می توانند بال های خویش را بدون اینکه سیستم عصبی آنها به هر ضربه بال فرمان دهد، تکان دهند. در عوض، عضلات این حشرات به صورت خودکار با کشیده شدن فعال می شوند. به این حالت، پرواز ناهم زمان گفته می شود. پرواز ناهم زمان در چهار گروه اصلی حشرات رایج است و به آنها امکان می دهد تا بال های خویش را با سرعت زیاد تکان دهند. بعنوان مثال، به بعضی از پشه ها امکان می دهد تا بیشتر از ۸۰۰ بار در ثانیه بال های خویش را تکان دهند.
دانشمندان سال ها چهار گروه حشرات شامل زنبورها، مگس ها، سوسک ها و «نیم بالان»(hemiptera) را بعنوان حشراتی در نظر می گرفتند که پرواز ناهم زمان در آنها تکامل یافته است اما تحلیل جدیدی که توسط گروه مؤسسه فناوری جورجیا انجام شد، نتیجه گرفت که پرواز ناهم زمان در واقع در اجداد مشترک آنها تکامل یافته است. سپس، بعضی از گونه های حشرات به پرواز هم زمان روی آوردند و برخی دیگر ناهم زمان باقی ماندند.
این یافته تکاملی جدید، دو پرسش اساسی را بیان نمود. اول این که آیا عضلات شب پره هم نشانه هایی را از ناهم زمانی پیشین خود نشان می دهند و دوم اینکه چگونه یک حشره می تواند خصوصیت های هم زمان و ناهم زمان را در عضلات خود حفظ کند و همچنان قادر به پرواز کردن باشد.
نمونه ایده آل برای پاسخ دادن به این پرسش ها پیرامون تکامل هم زمان و ناهم زمان، «بازشاپرکان» هستند چونکه شب پره ها از حالت پرواز هم زمان استفاده می نمایند اما سابقه تکاملی می گوید که آنها اجدادی با خصوصیت پرواز ناهم زمان دارند. پژوهشگران مؤسسه فناوری جورجیا ابتدا به دنبال نشانه های ناهم زمانی در عضله بازشاپرکان بودند. آنها با بررسی کردن خصوصیت های مکانیکی عضله دریافتند که بازشاپرکان هنوز خصوصیت های فیزیکی پرواز ناهم زمان را حفظ نموده اند؛ حتی اگر از آنها استفاده نشود.
چگونه یک حشره می تواند حالت پرواز هم زمان و ناهم زمان را داشته باشد و همچنان پرواز کند؟ برای پاسخ دادن به این پرسش، پژوهشگران تصمیم گرفتند ربات هایی را با الهام از حشرات بسازند و آزمایش هایی را انجام دهند که هیچگاه نمی توان روی حشرات انجام داد. آنها ربات ها را به موتورهایی مجهز کردند که می توانند تلفیقی از حالت پرواز هم زمان و ناهم زمان را تقلید کنند. سپس، آنها آزمایش کردند که چه تغییراتی امکان دارد در طول میلیونها سال تکامل پرواز رخ داده باشد.
در این پژوهش، حشرات در واقع به ربات هایی کمک کردند که با الهام از خود آنها ساخته شدند. «نیک گراویش»(Nick Gravish) استاد مهندسی مکانیک و هوافضا در دانشکده مهندسی دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو و پژوهشگر ارشد این پروژه اظهار داشت: این پژوهش، پتانسیل روبوفیزیک را برجسته می کند که تمرین به کار بردن ربات ها برای مطالعه کردن فیزیک سیستم های زنده است.
وی ادامه داد: ما توانستیم درک درستی را در مورد چگونگی انتقال بین پرواز ناهم زمان و هم زمان داشته باشیم. ما از راه ساختن یک ربات با الهام از حشرات، به پاسخ دادن به یک پرسش تکاملی در زیست شناسی کمک کردیم.
حشرات اجتماعی هستند
حشرات، حیوانات اجتماعی هستند. یک گروه از مورچه ها می توانند موادی را حمل کنند که چندین برابر وزن آنها هستند. زنبورهای عسل در ایام گرم تابستان، مقابل کندوی خود صف می کشند و بال زدن خویش را هماهنگ می کنند تا جریان هوا را درون و بیرون کندو به وجود بیاورند و دمای درون را خنک کنند.
مطالعه کردن این رفتارهای جمعی می تواند ربات های آینده را قادر سازد تا وظایف حشرات مانند گرده افشانی انجام دهند. متخصصان میکررباتیک در طول بیست سال گذشته، چگونگی ساخت ربات هایی را بررسی نموده اند که در مقیاس حشرات هستند.
مطالعه کردن رفتارهای جمعی حشرات می تواند ربات های آینده را قادر سازد تا وظایفی مانند گرده افشانی را انجام دهند. دانشمندان در سالهای اخیر، ربات های کوچکی را با عملکردهای حشرات ساخته اند که در ربات های مقیاس بزرگ تر وجود ندارند. همچون این ربات ها میتوان ربات های یک سانتی متری را نام برد که هنگام پرش، به ارتفاع بیشتر از ۴۰ برابر اندازه خود می رسند. یک نوع دیگر از این ربات ها، ربات های کوچک چهارپا هستند که می توانند روی سطح آب حرکت کنند و از دیوارها و سقف ها بالا بروند. گروه سوم، ربات های کوچک پرنده هستند که می توانند روی برگ ها بنشینند، نور را در طول پرواز بتابانند یا حتی در اواسط پرواز بدن خویش را بچرخانند.
باآنکه این ربات ها فناوری قابل ملاحظه ای هستند اما عموما به علت دشواری ساخت و محدودیت در استحکام، به صورت انفرادی کار می کنند. به صورت سنتی، بیشتر میکروربات ها طراحی خسته کننده و مونتاژ دستی را شامل می شوند که کارکرد آنها را محدود می کند.
پژوهشگران دانشگاه «ام آی تی»(MIT) با هدف امکانپذیر کردن پرواز گروهی ربات های حشره مانند، روش های جدیدی را برای طراحی و ساخت ابداع نموده اند که زمان و منابع مورد نیاز را برای ساخت این ربات های کوچک می کاهد.
به صورت سنتی، میکروربات ها با استفاده از نرم افزار «طراحی به کمک رایانه» یا «کَد»(CAD) طراحی می شوند که عمدتا برای طراحی و ساخت قطعات ربات در مقیاس بزرگ تر است.
در ساخت مقیاس میکرو، اجزای سه بعدی سازنده میکروربات ها از لایه های مواد دوبعدی تشکیل شده اند. یک ساختار ساده شامل لایه هایی از مواد است و همه الگوهای طراحی این مواد به هم مرتبط هستند. یک طراح هنگام استفاده کردن از نرم افزار تجاری باید به صورت دستی الگوهای طراحی را برای هر لایه ایجاد نماید. اگر یک پارامتر طراحی نیازمند بروزرسانی باشد، پژوهشگر باید به صورت دستی همه طرح ها را اصلاح نماید که می تواند زمان بر باشد و به بروز خطاهای طراحی منجر شود.
گروه دانشگاه ام آی تی، یک روش طراحی پارامتری را توسعه دادند که در آن یک پژوهشگر فقط باید چند پارامتر مهم را مشخص نماید تا نرم افزار سفارشی سازی شده بتواند کار تولید را انجام دهد. این روش طراحی برای ساخت میکروربات ها طراحی شده است و توانایی لازم را برای تمرکز کردن روی طرح های پیچیده تر و کاهش زمان طراحی از چند ساعت به چند ثانیه فراهم می آورد.
این روش طراحی همراه با چاپ سه بعدی برای خودکارسازی روند ساخت استفاده شد. بدنه ربات های توسعه یافته توسط این گروه پژوهشی در گذشته از ساختارهای دوبعدی فیبر کربن ساخته می شد. این ساختارها به مونتاژ دستی زیر میکروسکوپ نیاز داشتند که مهارت بالا و آموزش گسترده را می طلبید. در این پژوهش، اجزای لازم برای ساخت ۶۴ ماژول ربات تولید شدند.
حمل کردن گروهی محموله بخصوص برای ربات های پرنده خیلی مهم است. باآنکه یک ربات به تنهایی دارای محموله بسیار محدودی است اما گروهی از ربات ها به همراه یکدیگر می توانند اجسام سنگین تر و بزرگ تر را حمل کنند. ربات هایی که در این پژوهش ساخته شدند، شبیه به زنبورهای عسل هستند و بال های کوچک خویش را ۴۰۰ بار در ثانیه تکان می دهند تا خویش را از زمین بلند کنند. در مقایسه با ربات های پیشین همین گروه پژوهشی، این ربات ها با قطعات چاپ سه بعدی باثبات تری ساخته شدند و توانایی پرواز کردن را بدون تنظیم سخت افزاری و نرم افزاری از خود نشان دادند.
حمل کردن گروهی محموله بخصوص برای ربات های پرنده خیلی مهم است. باآنکه یک ربات به تنهایی دارای محموله بسیار محدودی است اما گروهی از ربات ها به همراه یکدیگر می توانند اجسام سنگین تر و بزرگ تر را حمل کنند. پرواز هماهنگ دو ربات که پشت سر هم پرواز می کنند، در این پژوهش نشان داده شد و جالب تر این که آنها توانستند درحال بلند کردن یک جسم با هم پرواز کنند.
چنین ربات های کوچکی را در آینده میتوان به صورت گروهی در محیط های شلوغ مستقر کرد و برای کارهایی مانند ساخت کندو روی شاخه درخت مورد استفاده قرار داد. یک کاربرد دیگر، استفاده کردن از این ربات ها برای حذف مواد خطرناک از مکان هایی است که ربات های بزرگ تر به سادگی نمی توانند به آنها وارد شوند.
به رغم نشان دادن نخستین پرواز هماهنگ ربات هایی در مقیاس حشرات، یک راه طولانی تا دستیابی به همکاری حشرات رباتیک در یک گروه وجود دارد. همکاری حشرات در طبیعت، یک کار خودجوش به نظر می آید. آنها به واسطه برقراری ارتباط با همسایگان خود تصمیم می گیرند. با وجود فرمانده مرکزی، حشرات به صورت جمعی می توانند وظایف پیچیده شگفت انگیزی را مانند ساخت کندوها یا دفع شکارچیان انجام دهد. رفتارهای دسته جمعی حشرات به ده ها، صدها یا حتی هزاران نفر هم امکان می دهد تا با هم کار کنند.
پژوهشگران مشتاق هستند تا الگوریتم های کار حشرات را بررسی نمایند و آنها را در تعداد بیشتری از ربات ها به کار بگیرند. در این فرایند بطور قطع چالش های جدیدی به وجود خواهند آمد. بعنوان مثال، هنگامی که تعداد بیشتری از ربات ها در یک فضای کوچک به پرواز درآیند، اغلب در طول پرواز به یکدیگر برخورد می کنند. پژوهشگران، برخوردهای حین پرواز را هم بررسی می کنند و به توسعه کنترل کننده های پرواز می پردازند. آنها امیدوارند که روزی یک گروه کوچک از ربات ها بتوانند گرده افشانی را انجام دهند.
ربات های پرنده کوچک که با الهام از حشرات و پرندگان ساخته شده اند، یک فناوری هیجان انگیز در ساخت پهپادها به شمار می روند. باآنکه این ربات ها هنوز در مراحل اولیه توسعه هستند اما تابحال نتایج امیدوارکننده ای را در تقلید از ظاهر و حرکات همتایان واقعی خود نشان داده اند. با ادامه پیشرفت فناوری، دیدن این که چگونه این ربات ها در آینده توسعه می یابند و مورد استفاده قرار می گیرند، جالب خواهد بود.
منبع: بی بی سرور
مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب