مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يخترعون تقنية Flexor لتعزيز أداء الروبوتات التي تعمل بالعضلات
قام مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) بتطوير جهاز يشبه الزنبرك يسمى المثنية، والذي يهدف إلى تحسين أداء الأنسجة العضلية في الروبوتات. تعمل هذه المثنية المبتكرة كوحدة هيكلية أساسية للروبوتات التي تعمل بالطاقة العضلية، مما يزيد من قدراتها الحركية. تعمل المثنية مثل ضغط الساق المضبوط بدقة، مما يسمح للعضلات بتمرين نطاق حركتها الكامل بطريقة يمكن التحكم فيها ويمكن التنبؤ بها. يمكن أن يؤدي هذا التقدم إلى روبوتات هجينة حيوية أكثر كفاءة وتنوعاً.
تقليدياً، ناضل المهندسون من أجل تسخير قوة الأنسجة العضلية بشكل فعال في الأنظمة الروبوتية. عندما تُترك الأنسجة العضلية لتتقلص من تلقاء نفسها، فإنها تميل إلى التحرك بشكل متقطع وغير متوقع، مما يجعل من الصعب الاستفادة من إمكاناتها الكاملة للمهام الميكانيكية.
ولمواجهة هذا التحدي، صمّم فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا هيكلاً عظمياً يمكنه تسخير قوة تقلص العضلات بشكل أكثر كفاءة ويمكن التنبؤ به. وركز الباحثون على الاتجاهات الطبيعية التي تتحرك فيها العضلات ووجدوا أن العضلات يجب أن تكون قادرة على السحب في اتجاه محدد.قادهم هذا إلى مفهوم العضلة المثنية التي تكون ناعمة ومرنة في اتجاه واحد ولكنها صلبة في جميع الاتجاهات الأخرى.
تتكون المثنية من حزم متوازية يمكنها التمدد بدقة نانومترية. من خلال ضبط سمك ونابض المثنية، يمكن ضبط صلابة الانحناء بشكل دقيق. صمّم الفريق أداة ثني تبلغ صلابة الأنسجة العضلية ١/١٠٠. يرتكز هذا الهيكل الشبيه بالأكورديون على أعمدة صغيرة في زواياه، موضوعة بالقرب من أعمدة إضافية مثبتة على القاعدة. يتم لف العصابات العضلية، التي تنمو من خلايا الفأر، حول هذه الأعمدة. عندما تنقبض العضلة، تقوم بسحب الأعمدة معاً بطريقة يمكن التحكم فيها، وذلك بفضل التصميم المثني. وكانت النتائج مثيرة للإعجاب، حيث سمحت المثنية للعصابات العضلية بالتقلص بشكل أساسي على طول الاتجاه المطلوب، مما أدى إلى تقريب الأعمدة من بعضها البعض خمس مرات أكثر من التصميمات السابقة. يضمن هذا الانكماش المركز تحويل قوة العضلات بكفاءة إلى حركة. بالإضافة إلى ذلك، تسمح المثنية بقياس دقيق لأداء العضلات وقدرتها على التحمل. ولاحظ الباحثون أن العضلات تتعب بسرعة أكبر عند تكرارات الانقباضات العالية، مما يقلل من قوة الشد.
تعد هذه الرؤية أمراً بالغ الأهمية لفهم ديناميكيات العضلات ويمكن أن تساهم في تطوير روبوتات حيوية هجينة شديدة التحمل. ويعمل الفريق الآن على الجمع بين العضلات القابضة لإنشاء روبوتات معقدة ومفصلية مدعومة بعضلات طبيعية. أحد التطبيقات المحتملة هو مجال الروبوتات الجراحية، حيث يمكن للروبوتات التي تعمل بالطاقة العضلية إجراء عمليات جراحية طفيفة التوغل داخل الجسم. إن القدرة على التكيف والمتانة والكفاءة للمشغلات البيولوجية تجعلها مناسبة بشكل خاص للتطبيقات الروبوتية صغيرة الحجم.
يفتح هذا الابتكار إمكانيات جديدة لإنشاء روبوتات ليست قوية ودقيقة فحسب، بل قادرة أيضاً على الشفاء والتقوية بمرور الوقت. مع تطوير المثنية، اتخذ مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا خطوة مهمة نحو تسخير قوة العضلات بشكل فعال في الأنظمة الروبوتية.
Sign in with Google