رباتی که در واکنش به نور میپرد
پژوهشگران دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی رباتهای نرم و قطرهشکلی ساختهاند که با تابش نور مادونقرمز میتوانند به سمت بالا یا جلو پرش کنند و تا زمانی که نور روی آنها تابیده میشود، بدون نیاز به تنظیم مجدد بین هر پرش، به این حرکت ادامه دهند. این پژوهش سازوکار جدیدی برای ایجاد حرکت پرشی تکرارشونده و خودتنظیمشونده در رباتهای نرم ارائه میکند.
تینا مزدکی_یک ربات نرم به شکل قطره که در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی توسعه یافته است، میتواند تا زمانی که نور مادونقرمز روی آن تابیده شود، بارها و بارها بپرد. نکته جالب این است که بسته به یک تغییر ساده در هندسه ربات، همین طراحی میتواند به جلو بخزد، به سمت جلو بپرد یا بهصورت عمودی به هوا پرتاب شود.
حرکت خودتنظیمشونده این ربات از سازوکاری ناشی میشود که انرژی کشسانی را از طریق پیچش ذخیره و سپس یکباره آزاد میکند. این دستاورد رویکردی تازه برای ایجاد حرکت پرشی مداوم در رباتهای نرم ارائه میدهد.
طراحی این ربات حلقهای بسیار ساده است. از پیچش برای ذخیره انرژی کشسانی استفاده میشود و سپس این انرژی را یکباره آزاد میکند. ساختار ربات نیز بهگونهای است که پس از هر پرش نیازی به تنظیم مجدد ندارد و خودش را برای پرش بعدی آماده میکند.
پیچش چگونه نیروی لازم برای پرش را ایجاد میکند؟
این ربات از یک نوار الاستومری کریستال مایع تشکیل شده که به شکل یک قطره درآمده است. در یکی از انتهای این نوار نیز یک لوله آلومینیومی باریک و Vشکل قرار گرفته است. تابش نور مادونقرمز باعث انقباض سطح نوار میشود و در نتیجه، نوار شروع به چرخش میکند.
در حالت عادی، نوار میتوانست صرفاً به حرکت غلتشی ادامه دهد؛ اما بخش سخت و Vشکل در یک انتهای آن، باعث میشود نوار بهتدریج بیشتر و بیشتر پیچیده شود. با افزایش پیچش، انرژی در ساختار ربات ذخیره میشود تا زمانی که پیچش به یک نقطه بحرانی برسد.
در این لحظه، انرژی ذخیرهشده ناگهان آزاد میشود و بخش Vشکل با سرعت به سمت پایین و سطح زیرین برخورد میکند. همین حرکت، ربات را به هوا پرتاب میکند. پس از آزاد شدن انرژی، ساختار قطرهشکل دوباره به شکل اولیه خود بازمیگردد و چرخه از ابتدا آغاز میشود. بنابراین تا زمانی که تابش نور مادونقرمز ادامه داشته باشد، این چرخه میتواند بارها تکرار شود.
یک تغییر کوچک، نوع حرکت ربات را تغییر میدهد
پژوهشگران دریافتند که تنها با تغییر زاویه بخش Vشکل میتوان نوع حرکت ربات را کنترل کرد. آنها متوجه شدند که با ایجاد تغییرات جزئی در طراحی، میتوان نوع حرکت ربات را کنترل کرد.
اگر زاویه بخش Vشکل در انتهای قطره بسیار باز و حدود ۱۲۰ درجه باشد، ربات بهسادگی به سمت جلو حرکت میکند. با کاهش این زاویه به ۹۰ درجه، ربات شروع به پرش به سمت جلو میکند و اگر زاویه به ۵۰ درجه کاهش پیدا کند، ربات بهصورت عمودی به هوا میجهد.
به بیان دیگر، تنها یک پارامتر هندسی میتواند تعیین کند که ربات بخزد، به سمت جلو بپرد یا به سمت بالا جهش کند. پژوهشگران همچنین دریافتند که اضافه کردن مقدار کمی وزن به بخش گرد ربات میتواند مسافت پرش آن را افزایش دهد.
همچنین با افزودن مقدار کمی وزن به بخش گرد ربات، مسافت پرش آن را افزایش دادند. این کار مرکز جرم ربات را تغییر میدهد و باعث ایجاد حرکتی قدرتمندتر و پایدارتر به سمت جلو میشود؛ تقریباً شبیه شناگری که هنگام شیرجه زدن از سکوی شروع، بدن خود را به سمت جلو متمایل میکند.
شدت نور هم در کنترل حرکت نقش دارد
شدت نور مادونقرمز نیز یکی دیگر از عوامل مؤثر بر عملکرد ربات است. نور باید به اندازهای قوی باشد که بتواند حرکت پرشی را فعال کند، اما افزایش بیش از حد شدت نور میتواند حرکت ربات را ناپایدار کند. به گفته پژوهشگران نور باید به اندازه کافی قوی باشد تا رفتار پرشی را ایجاد کند، اما نباید بیش از حد قوی باشد؛ زیرا شدت زیاد نور میتواند باعث شود ربات به شکلی نامنظم بپرد و در جهتهایی غیرقابل پیشبینی حرکت کند.
عبور رباتهای نرم از زمینهای دشوار
پژوهشگران در آزمایشهای اولیه و اثبات مفهوم، عملکرد این رباتهای قطرهشکل را روی محیطهای مختلف بررسی کردند. این رباتها توانستند از روی سطوح شیبدار و موانع بپرند و روی سطوحی از جمله چمن، شن، سنگ و خردهچوب حرکت کنند.
با این حال، پژوهشگران در حال حاضر کاربرد عملی و فوری مشخصی برای این طراحی پیشنهاد نمیکنند. تمرکز اصلی آنها بر سازوکار جدیدی است که میتواند زمینه را برای بررسی نحوه حرکت رباتهای نرم در محیطهای پیچیدهتر فراهم کند.
این پژوهش در حال حاضر کاربرد فوری ندارد، اما یک پیشرفت بنیادی است که ارزش بررسی برای استفادههای احتمالی در ناوبری محیطی، رباتیک ازدحامی و حرکت در زمینهای بدون ساختار را دارد.
58۳۲۳