يمكن للروبوتات الخالية من الإلكترونيات أن تشعر وتتفاعل على الفور باستخدام أجهزة استشعار ناعمة جديدة
طور الباحثون مستشعر قوة ميكانيكية ناعمة يمكّن الروبوتات من اكتشاف اللمس والاستجابة فورًا دون الاعتماد على الإلكترونيات أو أجهزة الكمبيوتر أو الطاقة الخارجية. يقوم الجهاز، المسمى ME-SOFS (مستشعر القوة الناعمة الميكانيكية)، بتحويل القوة المطبقة مباشرة إلى تدفق السوائل، والذي ينشط المحركات الآلية الناعمة ويخلق عملية استشعار ميكانيكية بالكامل. تم تصنيع النظام بالكامل من مواد مرنة ومتوافقة، مما يلغي الحاجة إلى أجهزة الاستشعار الإلكترونية التقليدية ودوائر التحكم، مما يقلل من التعقيد ونقاط الفشل المحتملة. يمكن للابتكار الذي قام به فريق من كلية التصميم والهندسة في جامعة سنغافورة الوطنية (NUS CDE) أن يحسن أداء الروبوتات الناعمة التي تعمل تحت الماء، أو داخل جسم الإنسان، أو في البيئات القاسية الأخرى حيث تكون الأنظمة الإلكترونية معرضة للخطر. يعمل اللمس على تشغيل الروبوتات إن مستشعر ME-SOFS عبارة عن هيكل ناعم ومسامي مطبوع ثلاثي الأبعاد مصمم لتحويل اللمس مباشرة إلى عمل ميكانيكي دون معالجة إلكترونية. ويتميز بعمود مركزي محاط بخمس غرف مملوءة بالسوائل، أربع منها مرتبة أفقيًا وواحدة رأسية. عند تطبيق القوة، يميل العمود نحو نقطة التلامس، مما يضغط على الحجرة المقابلة ويدفع السائل عبر أنابيب ناعمة إلى المحركات. وهذا يخلق استجابة فورية من الاستشعار إلى العمل، بينما تعمل كل غرفة بشكل مستقل لتمييز القوى على طول الاتجاهات الأفقية والجانبية والرأسية. يمكن تخصيص حساسية المستشعر لتطبيقات مختلفة عن طريق تعديل هندسة الهيكل المطبوع ثلاثي الأبعاد. تتيح التعديلات على المعلمات مثل قطر الثقب وسمك المنحدر وزاوية الرغوة المركزية للجهاز اكتشاف مستويات مختلفة من القوة دون تغيير مبدأ التشغيل الأساسي. يقوم المستشعر بتحويل اللمس إلى حركة بدون استخدام الأجهزة الإلكترونية، مما يتيح للروبوتات الناعمة البسيطة العمل في البيئات القاسية. إلى جانب استجابته الميكانيكية، ينتج النظام أيضًا مخرجات كهربائية قابلة للقياس باستخدام دائرة سلبية. عندما يتم إزاحة السائل، فإنه يحرك مغناطيسات صغيرة عبر أقواس معدنية مطبوعة ثلاثية الأبعاد، مما يولد نبضات جهد من خلال الحث الكهرومغناطيسي، على غرار المبدأ المستخدم في دينامو الدراجة. ووفقا للفريق، فإن عدد النبضات يتوافق مباشرة مع القوة المطبقة، مما يوفر قياسًا واضحًا بدون إلكترونيات تعمل بالطاقة. ويفتح التصميم القائم على السوائل أيضًا إمكانيات استشعار قوي عن طريق اللمس وردود فعل فيزيائية في الأنظمة الروبوتية التي تعمل في بيئات متطلبة. قالت سيسيليا لاسكي من قسم الهندسة الميكانيكية في NUS CDE، في بيان: “يمثل هذا العمل مثالًا صارخًا على كيفية قيام الجسم المادي نفسه بإنتاج سلوك حسي حركي دون الحاجة إلى نظام تحكم، وهو ما قد نعتبره تشبيهًا للجهاز العصبي في علم الأحياء”. تم إثبات تعدد استخدامات الروبوتات الناعمة الغريزية ME-SOFS من خلال دمجها في أنظمة روبوتية ناعمة متعددة. تمت طباعة قفاز ناعم يحتوي على خمسة أجهزة استشعار مصغرة، كل منها بحجم حبة البازلاء الخضراء، كقطعة واحدة بدون تجميع يدوي. يقوم القفاز الذي يتم ارتداؤه على اليد بقياس قوى الإمساك عند كل طرف إصبع ويقدر بدقة وزن الأشياء، مما يسلط الضوء على التطبيقات المحتملة في الأطراف الاصطناعية والواجهات المتقدمة بين الإنسان والآلة. قام الفريق أيضًا بإقران المستشعر بلوحة لمسية ناعمة يتم ارتداؤها على أطراف أصابع المستخدم لإنشاء نظام ردود فعل يعتمد على اللمس. تم نقل ضغط السوائل من القابض الآلي مباشرة إلى الوسادة، مما يسمح للمشغل بالحكم على قوة القبضة عن طريق اللمس وحده أثناء التعامل مع أشياء تتراوح من البيض الهش إلى الكتل الخشبية إلى زجاجات المياه المملوءة جزئيًا. تم إعادة عرض أنماط القوة المسجلة لاحقًا لتعليم الروبوت تكرار حركات الإمساك الناجحة بشكل مستقل. يتحكم المستشعر أيضًا في القطرات السائلة في جهاز فلويديك مصغر ويوجه هياكل مرنة تشبه الشعر بدون برامج. وظل يمكن الاعتماد عليه في درجات حرارة الماء حتى 194 درجة فهرنهايت (90 درجة مئوية) وتحت ضغط يعادل حوالي 36 قدمًا (11 مترًا) تحت الماء، مع مقاومة التداخل الكهرومغناطيسي لأنه لا يحتوي على مكونات إلكترونية. وشدد الفريق على أن الأبحاث المستقبلية ستركز على تصغير النظام وتوسيع نطاق قوة تشغيله للتطبيقات الروبوتية الأوسع. ويهدف الباحثون أيضًا إلى دمج حلقة الاستشعار والتشغيل مباشرة في الروبوتات الناعمة، مما يتيح الاستجابات الغريزية، مع استخدام إشارات القوة الغنية لتحسين الإدراك والتفاعل في البيئات المعقدة. ونشرت الدراسة الأصلية في مجلة Science Advances.
تم النشر: 2026-07-13 09:51:00
