إن إنشاء روبوت يمكنه التقاط الأشياء الناعمة مثل البيض أو التوت الأزرق دون سحقها يتطلب آليات تحكم متعددة تعالج التغذية من خلال أنظمة رؤية متقدمة أو أجهزة استشعار تحاكي حاسة اللمس البشرية. والطريقة الأخرى هي الدخول في مجال الروبوتات الناعمة، والتي تعني عادة روبوتًا أقل قوة ومتانة.
الآن، نشر فريق من الباحثين في جامعة هارفارد دراسة حيث استخدموا قابضًا هيدروليكيًا بسيطًا بدون أجهزة استشعار وأنظمة تحكم. كل ما يحتاجونه هو زيت السيليكون والكثير من الكرات المطاطية الصغيرة. وفي هذه العملية، قاموا بإنشاء سائل ميتا مع استجابة قابلة للبرمجة للضغط.
كرات مطاطية للسباحة
“لقد حصلت على درجة الدكتوراه في فرنسا حول السباحة في قوقعة كروية. ولكي نجعلها تسبح، قمنا بانهيارها. وكانت تتحرك مثل قوقعة. [inverted] تقول أديل ديجيليولي، الباحثة في مجموعة بيرتولدي بجامعة هارفارد والمؤلفة الرئيسية للدراسة: “قلت لمديري: ماذا لو وضعت هذه الكرة في حقنة وقمت بزيادة الضغط؟” وقال جلولي إنها ليست فكرة مثيرة للاهتمام ولن تفعل أي شيء. ولكن بعد بضع سنوات ورفضين، التقى بنجامين كوريسون، أستاذ الهندسة الميكانيكية في جامعة لوفين في بلجيكا، الذي شاركه اهتماماته. يقول جلولي: “يمكنني إجراء تجارب ويمكنه إجراء عمليات محاكاة، لذلك اعتقدنا أنه يمكننا اقتراح شيء ما معًا”. وهكذا، دخلت كرة جيلولي المطاطية أخيرًا إلى المحقنة. والنتائج غير متوقعة تماما.
يبلغ نصف قطر الكرة 10 ملم، وتحيط جدرانها المطاطية المصنوعة من السيليكون بسمك 2 ملم بجيب الهواء. تم وضعه في وعاء به 300 مل من الماء. عندما بدأ الضغط في الحاوية في الزيادة، بدأت الكرة عند 120 كيلو باسكال في الالتواء. عندما يبدأ بالالتواء، يظل الضغط ثابتًا نسبيًا لفترة من الوقت، على الرغم من استمرار انخفاض الحجم الذي يشغله السائل. لم يعد السائل الذي يحتوي على كرة يتصرف مثل الماء، بل كان لديه هضبة واضحة في منحنى الضغط/الحجم. “السوائل الخارقة – السوائل ذات الخصائص القابلة للضبط غير الموجودة في الطبيعة – هي نظريات فيديريكو كاباسو وزملاؤهالذي أراد الحصول على سائل ذو معامل انكسار سلبي. لقد بدأوا بالبصريات في ذلك الوقت، ولكن إذا نظرنا إلى سلوك الماء بهذه الكرة المطاطية، عرفنا أن ما لدينا هو سائل ميتافلويد”.
خلط السوائل قابل للبرمجة
كانت نقطة البداية هي وضع كرة مطاطية في الماء. “لطالما كانت لدي هذه الفكرة في مؤخرة رأسي: ماذا سيحدث إذا وضعت الكثير منها؟” قال جلولي آرس . لذلك، بدأ فريقه في تجربة أحجام وأعداد مختلفة من الكرات في الوسط واستخدام وسائط مختلفة، مثل زيت السيليكون. يشرح ديجيليولي: “يمكنك ضبط الضغط الذي تعمل عنده الكرات عن طريق تغيير نصف قطرها وسمك جدرانها. عندما تجعل الكرات أكثر سمكًا، فإنك تحتاج إلى المزيد من الطاقة لربطها، وبالتالي يكون ضغط التشغيل أعلى”.
يحتوي MetaFluid على معلمات أخرى يمكن للبرنامج تغييرها إلى الخصائص المطلوبة. يتضمن ذلك الجزء الحجمي – أي المقدار الذي تمتصه الكرات من إجمالي حجم السائل – وتكوين الكرات، حيث يتصرف السائل بشكل مختلف عندما تضع فيها كرات ذات أحجام وسمك مختلفة. يمكنك أيضًا ضبطه باستخدام مجموعات من المجالات ذات الخصائص المختلفة. يقول جلولي: “إذا كان الاختلاف في حجم وسمك الكرات ضيقًا جدًا، فستحصل على هضبة ضغط مسطحة جدًا عند تشغيلها. وإذا كان لديك توزيع واسع، فإن الانتقال من الكل غير المشبك إلى الكل الملتوي يكون سلسًا”. ويضيف جلولي: “إن وجود كرات يتيح وجود هضاب متعددة عند ضغوط مختلفة في السائل، “وبهذه الطريقة يمكنك ضبط منحنى الضغط/الحجم بدقة”.
ومن خلال ضبط تلك المنحنيات، تمكن فريقه من إنشاء قابض هيدروليكي ذكي يعمل دون الحاجة إلى أجهزة استشعار أو أنظمة تحكم.
