محقق ایرانی رباتی نرم با الهام از پوست مار ساخت

به گزارش گروه علم و فناوری خبرگزاری آنا، به گفته احمد رفسنجانی، دانشجوی فوق دکتری دانشگاه هاروارد، مارها می‌‌توانند در محیط‌های مختلف بخزند و از روزانه‌های ریز و درشت عبور کند. بدن تمام مارها از فلس پوشیده شده است شکل و اندازه این فلس‌ها بستگی به محل قرار گرفتن آنها بر روی مار دارد و نقش‌های مختلفی را ایفا می‌کنند. به ویژه فلس‌های شش ضلعی یا ذوزنقه شکلی که در ناحیه شکم مار قرار دارند پاهای بسیار ریزی را بازی می‌کنند که به مار کمک می‌کند تا تقریبا روی هر سطحی بخزد.

رفسنجانی می‌گوید: «ربات‌های نرم گروه جدیدی از ربات‌های رو به رشد هستند که برخلاف ربات‌های معمول از بازوهای صلب و مفصل‌های متعدد تشکیل نشده اند و برعکس عموما بدنه ای یکپارچه و منعطف دارند. به همین دلیل همواره حیواناتی مانند مارها٬ هشتپاها٬ کرم‌ها و سایر نرمتنان و یا موجودات منعطف مورد توجه پژوهشگران برای ساخت نسل آینده ربات‌ها بوده‌اند. چنین پیشرفت‌هایی می‌تواند راه را برای استفاده از ربات‌ها در کاربردهای فراوان پزشکی نظامی و یا روزمره فراهم کند و در عین حال خطر تعامل انسان‌ها با ربات‌ها را کاهش دهد. زیرا کار کردن با ربات‌های نرم امن‌تر و کم‌خطرتر است».

در سال‌های اخیر مهندسان روی به استفاده از ابزار تازه ای برای طراحی و ساخت مواد و سازه‌های منعطف آورده‌اند و آن بهره‌گیری از هنر سنتی ژاپنی تا کردن و بریدن کاغذ است که به ترتیب اریگامی و کایریگامی نامیده می‌شوند. در اریگامی با ایجاد تا‌های متعدد در یک صفحه کاغذ مسطح می‌توان آن را به یک شکل هندسی سه بعدی پیچیده تبدیل کرد و تغییر شکل پذیری مجموعه از باز و بسته شدن مفصل‌های ایجاد شده توسط تاکردن حاصل می‌شود. در کایریگامی عموما در یک صفحه صاف با برش دادن الگویی تکرارشونده و اعمال نیروی مکانیکی به صفحه در محل‌های برش الگویی سه بعدی ایجاد می‌شود. به طور خلاصه این دو روش ساده ابزاری قوی برای ساخت سازه‌های منعطف فراهم می‌کنند. در حالیکه اریگامی به طور گسترده ای مورد توجه پژوهشگران بوده است به کایریگامی کمتر توجه شده است.

حالا گروهی از پژوهشگران با سرپرسی پروفسور کتیا برتولدی استاد مکانیک کاربردی دانشگاه‌هاروارد در شهر کمبریج ماساچوست با الهام گرفتن از فلس‌های پوست مار و استفاده از هنر کایریگامی روبات نرمی ساخته اند که با فلس‌های مصنوعی خود می‌تواند مانند یک مار بخزد. نتایج این پژوهش این هفته در مقاله‌ای در مجله ساینس روباتیکس به چاپ رسیده است که نویسنده نخست مقاله محقق ایرانی دوره پسادکتری دانشگاه‌هاروارد احمد رفسنجانی است.

رفسنجانی در این باره می‌گوید: «در سال‌های اخیر تلاش‌های زیادی برای ساخت ربات‌های نرم به ویژه با الهام گرفتن از مارها و کرم‌های خاکی شده است ولی کمتر به نقش پوست مار توجه شده است. ما نشان دادیم که می‌توان از کایریگامی به عنوان روشی ساده ارزان و کاربردی برای شبیه‌سازی نقش فلس‌های مار استفاده کرد».

بدنه اصلی ربات طراحی شده شامل یک لوله سیلیکونی با سطح مقطعی مثلثی است که با ریسمان‌هایی با مقاومت مکانیکی بالا نخ پیچ شده است. در نتیجه هنگامی که درون لوله هوا دمیده می‌شود طول لوله افزایش پیدا می‌کند و با مکش هوا طول آن کاهش می‌یابد. این لوله نقش ماهیچه را برای ربات مار مصنوعی بازی می‌کند. برای ساخت پوست مصنوعی با استفاده از برش لیزری الگویی تکرار شونده از طرح‌های مختلف شامل مثلث٬ نیم دایره و ذوزنقه در یک صفحه پلاستیکی ایجاد شده است. سپس بدنه روبات بوسیله این پوسته پوشیده شده است.

با دمیدن در لوله و افزایش طول آن فلس‌های روی سطح صفحه کایریگامی به سمت بیرون بلند می‌شوند و با درگیر شدن با ناهمواری‌های زمین روبات را هنگام مکش هوا به جلو هدایت می‌کنند. همچنین نمونه‌ای بی‌سیم از این روبات با سوار کردن یک واحد کنترل کوچک شامل ریزکنترلگر٬ پمپ٬ سنسور فشار و باتری ساخته شده است و عملکرد آن بر سطوح مختلف در سراسر محوطه دانشگاه‌هاروارد با موفقیت آزمایش شده است.​

رفسنجانی افزود: «با تغییر دادن الگوهای برش و همچنین توالی و میزان دمیدن هوا ما میتوانیم عملکرد این ربات‌ها را بهبود ببخشیم. جالب است بدانید که الگوی برش ذوزنقه‌ای که شباهت زیادی با فلس‌های مار دارد در ربات‌های نرم ما بهترین عملکرد را نشان می‌دهد».​

کتیا برتولدی سرپرست این گروه می‌گوید: «ما فکر می‌کنیم کایریگامی پنجره‌ای تازه به سوی ساخت گروه جدیدی از ربات‌های نرم باز می‌کند. روزی این ربات‌ها می‌توانند به ما در عملیات نجات در سوانح طبیعی مانند زلزله که دسترسی به زیر آوارها دشوار است کمک کنند. اگر بتوانیم این فناوری را به صورت مینیاتوری تولید کنیم می‌توانیم با آنها به درون بدن سفر کنیم و در جراحی راه دور و در عملیاتی نظیر لاپاراسکوپی و کلونوسکوپی از آنها استفاده کنیم یا اگر روزی به مریخ سفر کردیم و امکان استفاده از چرخ مهیا نبود می‌توانیم مانند مار تقریبا به همه جا سرک بکشیم». ​

در حال حاضر دانشگاه‌ هاروارد به دنبال ثبت مالکیت معنوی و تجاری سازی این ربات‌ها در کاربردهای پزشکی است.

گزارش: نسترن صائبی