رباتی که به نور واکنش نشان داده و میپرد
تینا مزدکی_در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی، یک ربات نرم با طراحی به شکل قطره ایجاد شده است که تحت تأثیر نور مادونقرمز قادر است بارها و بارها بپرد. نکته جالب اینجاست که با تغییر کوچک در هندسه این ربات، توانایی حرکت به جلو، پرش به سمت جلو یا پرتاب عمودی به هوا را فراهم میآورد.
این ربات از مکانیسمی برای خودتنظیمی بهره میبرد که انرژی کشسانی را از طریق پیچش ذخیره کرده و سپس بهطور ناگهانی آزاد میکند. این نوآوری، رویکرد جدیدی برای تولید حرکت پرشی مداوم در رباتهای نرم به ارمغان آورده است.
ساختار طراحی این ربات ساده و کارآمد است. از پیچش بهعنوان وسیلهای برای ذخیره انرژی کشسانی استفاده میشود و سپس این انرژی بهطور ناگهانی آزاد میگردد. به گونهای طراحی شدهاست که پس از هر پرش نیازی به تنظیم مجدد ندارد و خود را برای پرش بعدی آماده میکند.
پیچش چگونه نیروی لازم برای پرش را فراهم میکند؟
این ربات از نوار الاستومری متشکل از کریستال مایع ساخته شده که به شکل قطره درآمده است. در یکی از انتهای این نوار، یک لوله باریک و Vشکل از جنس آلومینیوم قرار دارد. تابش نور مادونقرمز سبب انقباض سطح نوار شده و به این ترتیب نوار به چرخش درمیآید.
در حالت عادی، نوار قادر به ادامه حرکت غلتشی بود؛ اما این سختی و شکل V در انتهایی که دارد، باعث میشود که نوار به تدریج پیچیدهتر شود. با افزایش میزان پیچش، انرژی در ساختار ربات ذخیره شده و به نقطه بحرانی میرسد.
در این مرحله، انرژی ذخیره شده بهطور ناگهانی آزاد میشود و بخش Vشکل با سرعت به سمت پایین میافتد و به سطح زیرین برخورد میکند. این جنبش، ربات را به بالا پرتاب میکند. پس از آزاد شدن انرژی، ساختار قطرهای دوباره به وضعیت اولیه بازمیگردد و چرخه از سر گرفته میشود. بنابراین این فرایند، تا زمانی که نور مادونقرمز تابیده شود، میتواند بارها و بارها تکرار گردد.
یک تغییر کوچکی که نوع حرکت ربات را متحول میکند
محققان متوجه شدند که تنها با تغییر زاویه بخش Vشکل میتوان نوع حرکت ربات را به آسانی کنترل کرد. آنها دریافتند که با تغییرات جزیی در طراحی، میتوان نوع حرکت ربات را به صورت مؤثری کنترل کرد.
در صورتی که زاویه بخش Vشکل در انتهای قطره بسیار باز و در حدود ۱۲۰ درجه باشد، ربات بهراحتی به سمت جلو حرکت میکند. با کاهش این زاویه به ۹۰ درجه، ربات شروع به پرش به سمت جلو مینماید و اگر این زاویه به ۵۰ درجه کاهش یابد، ربات بهصورت عمودی به هوا پرتاب میشود.
به عبارت دیگر، تنها یک پارامتر هندسی میتواند تعیین کنندهی حرکت ربات باشد که مشخص میکند آیا ربات بخزد، به جلو بپرد یا به سمت بالا پرتاب شود. پژوهشگران همچنین متوجه شدند که افزودن مقداری وزن به بخش گرد ربات میتواند مسافت پرش را افزایش دهد.
افزودن مقدار کمی وزن به بخش گرد ربات باعث تغییر مرکز جرم آن میشود و حرکتی قویتر و پایدارتر به جلو ایجاد میکند؛ درست مشابه حرکت شناگری که هنگام شیرجه زدن از سکوی شروع، بدنش را به سمت جلو متمایل میکند.
نور همچنین در کنترل حرکت تأثیر دارد
شدت نور مادونقرمز نقش مهمی در عملکرد ربات ایفا میکند. این نور باید به اندازه کافی قوی باشد تا حرکت پرشی را فعال کند، اما شدت بیش از حد میتواند به ناپایداری حرکت ربات منجر شود. بر اساس گفتههای محققان، نور باید به حدی قوی باشد که رفتار پرش را فعال کند، در عین حال نباید آنقدر قوی باشد که بتواند باعث ایجاد پرشهای غیرقابل پیشبینی و ناپایدار شود.
رباتهای نرم در عبور از موانع دشوار
محققان در آزمایشهای ابتدایی و اثبات روش، عملکرد این رباتهای شکل قطره را در محیطهای مختلف بررسی کردهاند. این رباتها توانایی عبور از روی سطوح شیبدار و موانع را دارند و میتوانند بر روی سطوحی مانند چمن، شن، سنگ و خردهچوب حرکت نمایند.
با این حال، محققان در حال حاضر به هیچ کاربرد عملی و فوری برای این طراحی اشاره نمیکنند. تمرکز اصلی آنها بر روی این سازوکار تازه است که میتواند زمینهساز تحقیق در نحوهی حرکت رباتهای نرم در محیطهای پیچیدهتر باشد.
این تحقیق در حال حاضر به کاربری فوری ندارد، اما یک پیشرفت بنیادی محسوب میشود که برای استفاده در ناوبری زیست محیطی، رباتیک در شرایط پر ازدحام و حرکت در زمینهای ناهموار و بدون ساختار ارزشمند است.
۵۸۳۲۳