نوع جديد من الروبوتات يسبح في البحار ويحلق في السماء: NPR
اختبر العلماء روبوتهم الطائر الجوي المائي في بحيرة جنيف، وأثبتوا أنه يتمتع بالسرعة والقوة الكافية لرفع نفسه من الماء بجناحيه وحده.
رافائيل زوفري
إخفاء التسمية التوضيحية
تبديل التسمية التوضيحية
رافائيل زوفري
يحتوي مختبر المهندس الميكانيكي رافائيل زوفيري في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا على خزان عملاق مملوء بالمياه الفيروزية الساطعة، ومجموعة من المراوح التي يمكنها إثارة رياح قوية، وروبوتات طائرة صغيرة تطفو في كل مكان تنظر إليه.
إن الروبوتات هي نجوم العرض هنا وهي مستوحاة من الطيور البحرية الغواصة مثل طائر البفن الأطلسي، الذي يستخدم جناحيه للطيران والسباحة.
يقول زوفيري: “يحل هذا البفن هذه المهمة الصعبة المتمثلة في التحرك في الهواء وفي الماء على الرغم من الاختلاف الكبير في الكثافة”.
أراد هو وزملاؤه معرفة ما إذا كان بإمكانهم بناء روبوت بحجم طائر يمكنه أيضًا التحرك عبر كلا الوسطين والانتقال بينهما. إنه شيء لم يفعله أحد من قبل.
رافائيل زوفيري، مهندس ميكانيكي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، هو أحد قادة مشروع إنشاء الروبوت الجديد.
آري دانيال / NPR
إخفاء التسمية التوضيحية
تبديل التسمية التوضيحية
آري دانيال / NPR
في مقال نشر يوم الخميس في المجلة علوم، يصفون هندسة مثل هذا الروبوت الجوي المائي. يزن حوالي نصف رطل، ولا يبلغ طول جناحيه ثلاثة أقدام تقريبًا، من طرف إلى طرف.
تقول جلينا كليفتون، عالمة الأحياء في حركة الحيوان بجامعة بورتلاند في ولاية أوريغون، والتي تتعاون مع علماء الروبوتات ولكنها لم تشارك في هذا المشروع البحثي: “هذا روبوت جميل”. وتقول إن الروبوت يقدم نظرة ثاقبة حول ما يجعل بيولوجيا طيران الطيور الغواصة فريدة من نوعها.
كما أن لديها العديد من التطبيقات المحتملة بما في ذلك مراقبة المحيط الساحلي ومراقبة شيء مثل الشعاب المرجانية البعيدة. يمكن للروبوت أن يطير إلى الشعاب المرجانية – أو أي شيء آخر مثل مجموعة من الحيتان أو تكاثر الطحالب – ثم يأخذ عينات من المياه ويجمع البيانات.
تعتبر مثل هذه الروبوتات المستوحاة من الكائنات الحية أرضًا خصبة للتعرف على الطبيعة والهندسة. يقول كليفتون: “إن علم الأحياء يلهم الروبوتات، ولكن يتم أيضًا استخدام الروبوتات لفهم علم الأحياء”.
تصميم روبوت جديد
استغرق إنشاء هذا الروبوت عامين. “أفكر في جناح يمكنه العمل في كليهما [air and water] “تبدو الكفاءة إلى حد ما غير قابلة للتصديق”، يتذكر زوفيري تفكيره.
لكنه وزملاؤه لم يرتدعوا. لقد اعتمدوا في المخطط العام لجسم الروبوت على طائر غواص، لكنهم قاموا ببعض المغادرات الرئيسية.
درس المهندسون طريقة غوص البفن والسباحة والطيران والتنقل بين الهواء والماء.
رافائيل زوفري
إخفاء التسمية التوضيحية
تبديل التسمية التوضيحية
رافائيل زوفري
أولاً، قرروا عدم تضمين أي أرجل لأنه في الروبوتات، يصعب بناء الأرجل والتحكم فيها وتحقيق الحركة المطلوبة في الروبوت. يقول زوفيري: «بدلاً من ذلك، فكرنا: هل يمكننا الانتقال من الماء مباشرة إلى الهواء باستخدام الأجنحة نفسها؟».
ثانيًا، قرر فريق البحث عدم جعل هذه الأجنحة قابلة للطي كما هو الحال في العديد من الطيور الغواصة. يقول زوفيري إن ذلك سيكون معقدًا للغاية. “أنت بحاجة إلى إضافة مفاصل، تحتاج إلى إضافة محركات. لذا بدلاً من ذلك نعتمد على مرونة الأجنحة.”
يحمل الروبوت الأخير. انها أنيقة. ويكون الجسم المركزي، الذي يضم المحرك والبطارية، مفتوحًا تمامًا، مما يعني أن أمعائه الإلكترونية مرئية.
يوضح زوفيري: “لذلك تغمر المياه النظام بأكمله هنا”. “عليك أن تقوم بعزل كل مكون بشكل فردي.” يتيح هذا النهج للروبوت أن يكون خفيفًا بما يكفي ليطير بسهولة عبر الهواء وأن يكون قابلاً للطفو بشكل محايد أيضًا، مما يعني أنه لن يطفو على السطح أو يغرق في القاع. يبقى فقط في الماء.
لدى الروبوت ذيل يساعده على الطيران. الأجنحة مصنوعة من نسيج نايلون شفاف معزز بدعامات من ألياف الكربون. يحمل Zufferey جسم الروبوت بينما ترفرف أجنحته لأعلى ولأسفل بشكل متموج وسريع. يقول: “يمكنك حقًا أن تشعر بالقوى”.
يرفرف الروبوت من خمس إلى ست مرات في الثانية لمواصلة الطيران. ولكن لكي يترك الماء ويدفع نفسه في الهواء، عليه أن يحرك جناحيه عشر مرات في الثانية لتوليد السرعة والدفع الكافيين.
لا تستطيع معظم الطيور الغواصة توليد هذا النوع من القوة بأجنحتها وحدها، ولهذا السبب فإنها تقلع باستخدام أرجلها للجري على طول سطح الماء. (يعد طائر الرفراف استثناءً، لكنه طائر خفيف بشكل خاص، كما يقول زوفيري).
“خطوة هائلة”
يستدعي زوفري مقطع فيديو قام بتصويره هو وزملاؤه في بحيرة جنيف في سويسرا. ترتفع جبال الألب من بعيد، ويكون سطح الماء هادئًا.
هناك أقل قدر من التموجات قبل أن ينفجر الروبوت من الماء إلى الهواء – كل ذلك في أقل من ثانية. يبدو في الواقع وكأنه طائر يطير.
قام الباحثون بحساب زوايا الإطلاق المثالية وحجم الجناح. ويقدرون أنه بشحنة واحدة، يمكن للروبوت أن يطير لمسافة لا تزيد عن أربعة أميال أو يسبح لمسافة تزيد قليلاً عن ميل، “وهو أطول من جزء الجري والسباحة في سباق الترياتلون السريع”، كما يلاحظ كليفتون.
لقد تأثرت بالروبوت بشكل عام. وتقول: “إنها خفيفة وقوية وخطوة هائلة في الأداء في السباحة والطيران والانتقال بين الاثنين”.
وفي المستقبل، يشعر زوفيري بالحماس تجاه استخدام هذا النوع من الروبوت لمجموعة من التطبيقات، بما في ذلك مراقبة تكاثر الطحالب الضارة، والأرصدة السمكية، وتآكل السواحل. ويخطط لتزويد الجهاز بعدد قليل من أجهزة الاستشعار الموجودة على متنه لتمكين جمع البيانات.
بالإضافة إلى ذلك، يواصل زوفيري وفريقه تحسين الروبوتات الجوية المائية الخاصة بهم وتحسينها، والتي تم شحذها عن طريق التجربة ولكنها لا تزال مستوحاة من العالم الطبيعي. ويقول: “أنت ترى أن هذا قد تم إنجازه بالفعل في علم الأحياء”.
“وهذا يمنحك الأمل كباحث في مجال الروبوتات. ويخبرك أن ذلك يجب أن يكون ممكنًا.”
