رباتی کوچک که بدون پا تا ارتفاع ۳ متر میپرد!
رباتی کوچک که بدون پا تا ارتفاع ۳ متر میپرد!
گفته میشود الهامبخش این طراحی، ویدیوهای پرسرعتی از حرکات نوعی کرم انگلی بسیار ریز موسوم به «نماتود» بوده است. این کرمها با خمکردن بدن خود به شکلهایی عجیب، انرژی لازم برای پرش رو به جلو یا عقب را فراهم میکنند.
به گزارش gsxr و به نقل از سایتکدیلی، نتایج این پژوهش در نشریهٔ Science Robotics منتشر شده است. پژوهشگران معتقدند یافتههای آنها میتواند گامی مؤثر در مسیر طراحی روباتهایی باشد که توانایی عبور از زمینهای ناهموار را با پرش در ارتفاعهای گوناگون و به جهات مختلف دارند.
راز پرش کرمهای نماتود
سانی کومار (پژوهشگر فوقدکترای دانشکدهٔ مهندسی شیمی و زیستمولکولی) و یکی از نویسندگان اصلی مقاله، دربارهٔ این انگلهای خارقالعاده میگوید: «نماتودها موجوداتی حیرتانگیزند. بدنی نازکتر از موی انسان دارند، اما میتوانند تا ۲۰ برابر طول بدن خود بپرند. اگر بخواهم مثالی بزنم، مثل این است که من دراز بکشم و بتوانم روی بام ساختمانی سهطبقه بپرم!»
نماتودها یکی از فراوانترین موجودات روی زمیناند و در خاک، بدن انسان، حشرات و حیوانات زندگی میکنند. این کرمها گاه موجب بیماری میشوند، اما در مواردی برای کشاورزی مفید هستند؛ مثلاً بهجای آفتکشهای شیمیایی برای ازبینبردن حشرات مزاحم استفاده میشوند.
یکی از روشهای این کرمها برای اتصال به بدن میزبان، پرش است. پژوهشگران با استفاده از دوربینهای فوقسریع، مشاهده کردهاند که این موجودات برای پرش به جهات مختلف، شکل بدن خود را بهگونهای تغییر میدهند که انرژی لازم را ذخیره و سپس رها کنند.
فیزیک پرش: کنترل جهت با تغییر مرکز جرم
برای پرش رو به عقب، نماتود سر خود را بالا گرفته و در نقطهٔ میانی بدنش خمیدگی ایجاد میکند؛ حالتی شبیه به وضعیت اسکات در انسان. سپس با استفاده از انرژی ذخیرهشده، مانند ژیمناستی که پشتک میزند، به عقب میپرد.
برای پرش رو به جلو، سر به سمت جلو کشیده میشود و خمیدگی در انتهای بدن شکل میگیرد. این وضعیت شبیه به فردی است که قصد دارد از حالت ایستاده پرش طول انجام دهد. اما بهجای پرش افقی، نماتود به سمت بالا پرتاب میشود.
کومار میافزاید: «با جابهجایی مرکز جرم، این موجودات میتوانند جهت پرش خود را کنترل کنند. تا آنجا که میدانیم، هیچ موجود دیگری در این مقیاس ریز وجود ندارد که بتواند با چنین بازدهیای در دو جهت بپرد.»
و جالبتر آنکه بدن خود را تقریباً به گرهای پیچیده درمیآورند!
ایشانت تیوارى (پژوهشگر فوقدکترا و نویسندهٔ همکار این مطالعه) میگوید: «در بسیاری از سامانهها، خمیدگی یا گرهخوردگی یک نقطهٔ ضعف است. رگهای پیچخورده ممکن است منجر به سکته شوند، نیهای تاخورده کار نمیکنند و شیلنگهای خمیده مانع جریان آب میشوند. اما در بدن نماتود، همین خمیدگی به منبع ذخیرهٔ انرژی بدل میشود.»
ساخت و آزمایش روبات جهنده
پژوهشگران پس از مشاهدهٔ دقیق ویدیوها، شبیهسازیهایی از حرکات نماتودها انجام دادند و سپس روباتهایی نرم ساختند که رفتار پرشی این کرمها را تقلید کنند. با افزودن فیبر کربن، عملکرد پرش آنها نیز تقویت شد.
آنها دریافتند که خمیدگی در بدن نماتودها باعث ذخیرهٔ بیشتر انرژی میشود و این انرژی در کسری از میلیثانیه آزاد میشود تا پرش انجام شود. این کرمها آنقدر مقاوماند که میتوانند این فرایند را بارها تکرار کنند.
این یافتهها نشان میدهد مهندسان میتوانند سامانههایی ساده و کشسان از جنس فیبر کربن یا مواد مشابه بسازند که با بهرهگیری از همین اصل خمیدگی، بتوانند از زمینهای متنوع و سخت عبور کنند.
کومار میگوید: «بهتازگی روباتی جهنده به ماه فرستاده شده و روباتهای پرشی دیگری نیز در دست طراحیاند که در عملیات امداد و نجات در مناطق ناهموار به کار خواهند رفت. ما در آزمایشگاه، همچنان بهدنبال ایدهبرداری از بدنهای خارقالعادهٔ موجودات زنده هستیم تا روباتهایی الهامگرفته از آنها بسازیم.»
