الآلات الدقيقة: كيف أن الشيء الكبير التالي في مجال الروبوتات هو في الواقع صغير جدًا

فبعد نصف قرن من نطق نيل أرمسترونج بعبارة "قفزة عملاقة للبشرية"، أصبح الابتكار التكنولوجي أصغر حجما. نعم، ما زلنا نشعر بالإثارة تجاه المباني الهائلة التي ترتفع في السماء وقوة الصواريخ التي تتحدى الجاذبية، ولكن العديد من أكبر التطورات تحدث على نطاق صغير بشكل لا يمكن تصوره بجوار تلك التي الأمس. إن الأجيال الجديدة من الأجهزة المحمولة - سواء كانت أجهزة كمبيوتر محمولة أو هواتف ذكية أو ساعات ذكية - تقتطع ملليمترات فقط من سمك أسلافها الرقيقة بالفعل؛ مما يجعل الأجهزة الصغيرة والمحمولة بالفعل أصغر حجمًا وأكثر قابلية للحمل. تسمح تقنية كريسبر/كاس9 للعلماء بتحرير جينات منفردة؛ وبالتالي القضاء على الأمراض القاتلة. تسمح العمليات الجديدة بمقياس النانومتر لمصممي الرقائق بضغط المزيد من الترانزستورات على سطح الدوائر المتكاملة. مضاعفة قوة الحوسبة كل 12-18 شهرًا في هذه العملية.

عالم الروبوتات لا يختلف. أعتقد أن الروبوتات مثل بوسطن ديناميكس روبوت سبوت مستوحى من الكلاب أو الروبوت أطلس الروبوت هل هم على رأس قائمة الابتكارات، وذلك ببساطة لأنهم الأكثر ظهوراً؟ ليس بهذه السرعة! على الطرف الأصغر من الطيف، قد لا تكون التطورات واضحة تمامًا - ولكنها، على نطاقها، قد تكون أكثر إثارة.

مرحبًا بكم في عالم الروبوتات متناهية الصغر، وهو نوع من الروبوتات أقل جذبًا للانتباه من إخوانها وأخواتها المعدنيين الكبار، ولكن من المحتمل أن يكون تحويليًا في كل جزء منه. يمكن أن تكون هذه الروبوتات مفيدة لمجموعة واسعة من التطبيقات، بدءًا من إجراء العمليات الجراحية المجهرية أو النانوية وحتى استكشاف الكواكب الأخرى.

الأمثلة موجودة في كل مكان

مظاهرات هذه التكنولوجيا في العمل في كل مكان. في الآونة الأخيرة، قام الباحثون في جامعة جنوب كاليفورنيا ببناء روبوت طائر مستوحى من الحشرات الذي يزن 95 ملليجرام فقط وهو أصغر من بنس واحد.

وفي الوقت نفسه، في معهد ماكس بلانك للأنظمة الذكية في ألمانيا، على سبيل المثال، قام المهندسون بذلك صنع سيارة صغيرة قابلة للتوجيه. لا يبدو هذا غير عادي بشكل خاص حتى تسمع أن السيارة المعنية ليست سيارة صغيرة مثل شيفروليه سبارك أو فورد فييستا، بل روبوت على شكل سيارة بحجم 40 إلى 50 ميكرومترًا فقط مقاس. وهذا يعادل حوالي نصف قطر شعرة الإنسان الواحدة. قام المختبر ببناء سلسلة من هذه الآلات الدقيقة المتنقلة ذاتية التجميع والتي يمكن برمجتها للتجميع في مجموعة واسعة من التشكيلات المختلفة اعتمادًا على ما هو مطلوب منها. وهذا ليس كل شيء.

"لقد اقترح فريقنا عددًا من الروبوتات الدقيقة الاصطناعية والهجينة الحيوية الجديدة" دكتور متين سيتيوقال مدير قسم الذكاء الفيزيائي بمعهد ماكس بلانك لـ Digital Trends. "باعتبارنا روبوتات اصطناعية صغيرة الحجم، فقد أظهرنا العديد من الروبوتات المتنقلة اللاسلكية الناعمة القابلة للبرمجة ذات القدرة على الحركة المتعددة والتشغيل متعدد الوظائف. هذه الروبوتات الصغيرة الناعمة مستوحاة من الحيوانات الناعمة صغيرة الحجم مثل قنديل البحر، واليرقات، والدفء، والحيوانات المنوية، ويرقات الخنفساء. باعتبارنا روبوتات دقيقة هجينة بيولوجيًا، فقد اقترحنا [أيضًا] سباحات دقيقة تعتمد على البكتيريا والطحالب لتوصيل الطاقة المرفقة البضائع في المناطق المستهدفة بينما يشعرون بالبيئة الدقيقة، [مثل] التدرجات الكيميائية أو الأكسجين، وتغيرات الرقم الهيدروجيني، و ضوء."

كلمة "هم"، كما في صيغة الجمع، يتم طرحها كثيرًا عندما يتحدث الناس عن الروبوتات الصغيرة. قد نفكر في إنشاء عدة روبوتات كبيرة الحجم تعمل معًا، ولكن من المحتمل أن يعمل عدد قليل منها جنبًا إلى جنب مع بعضها البعض. ولإعادة صياغة عبارة "شارع الأحلام المكسورة" التي كتبها Green Day، فإن الروبوتات بهذا الحجم مصممة للمشي (أو التدحرج، أو الزحف، أو السباحة، أو القفز) بمفردها. ليس هذا هو الحال على الطرف الأصغر من الطيف.

يقول ديا جيو كيم، طالب الدكتوراه الذي يعمل في مجال الروبوتات الصغيرة في جامعة جورجيا للتكنولوجيا: "مع الروبوتات التقليدية، يجب أن تكون الروبوتات متطورة وقادرة على أداء مهمة معقدة عادة بنفسها". "ومع ذلك، مع الروبوتات الصغيرة يمكن أن تكون أقل تكلفة وأكثر بساطة. فبدلاً من الاعتماد على روبوت واحد للقيام بعمل معقد محدد، يمكن لمجموعة كبيرة منهم التفاعل بطرق مختلفة لإنجاز إجراءات مختلفة.

يبلغ طول الروبوتات التي كان كيم يعمل عليها بضعة ملليمترات، أي بحجم نملة تقريبًا. (على الرغم من أن الفريق يأمل في المستقبل أن يصبح أصغر حجمًا).الروبوتات الخشنة"، تسير الإبداعات المطبوعة ثلاثية الأبعاد على أربعة أو ستة أرجل تشبه الشعر الخشن. وبفضل وجود مشغل كهرضغطية مصنوع من تيتانات زركونات الرصاص على ظهرها، يمكن توجيهها باستخدام اهتزازات صغيرة.

كيف سنستخدمها؟

"التطبيق الأكثر مثالية في العالم الحقيقي [لهذه الروبوتات] بالنسبة لي هو استخدام مجموعة كبيرة من الروبوتات ذات الشعيرات للوصول إلى المناطق التي يصعب الوصول إليها، مثل شقوق داخل البنية التحتية الكبيرة أو فجوات صغيرة في الآلات المعقدة، حيث لا يستطيع البشر أو الروبوتات النموذجية الذهاب وإجراء المسوحات. واصلت. "[يمكنهم العمل من خلال] محاكاة سلوكيات البحث عن الطعام للحشرات و[نقل] البيانات محل الاهتمام."

وفي الوقت نفسه، يعتقد ميتين سيتي أن المجال الطبي هو المكان الذي ستكون فيه هذه الروبوتات الصغيرة ذات فائدة كبيرة. "أعتقد أن التأثير العلمي والمجتمعي الأعلى للروبوتات الدقيقة المتنقلة سيكون في مجال الرعاية الصحية، حيث يمكن للروبوتات الصغيرة اللاسلكية الوصول إلى مناطق غير مسبوقة أو يصعب الوصول إليها داخل جسم الإنسان واصلت. "[قد يكون ذلك مفيدًا] للتشخيص والعلاج الطبي غير الجراحي أو التدخلي البسيط لفترات قصيرة أو طويلة. ولذلك، ركزت مجموعتي على تطبيق روبوتاتنا الدقيقة الجديدة في العديد من التطبيقات الطبية، مثل علاج السرطان المستهدف، والانصمام، وفتح جلطة الدم، والخزعة، والجراحة المجهرية.

هناك الكثير من الأفكار التي جاء منها هذان الشخصان أيضًا. من عوامل التصوير المستمر إلى فرق صغيرة من الروبوتات القادرة على تحريك أشياء أكبر بكثير منها إلى الروبوتات الصغيرة التي يتم التحكم فيها بواسطة المغناطيس والتي يمكنها إزالة المعادن الثقيلة من المياه الملوثةهناك مجالات قليلة لم تتمكن فيها الروبوتات الصغيرة من إثبات فائدتها في بعض القدرات. ومع إظهار الباحثين بشكل متزايد لقدرتهم على التحرك عبر مجموعة متنوعة من التضاريس، بدءًا من المنحدرات الغادرة وحتى السباحة عبر سوائل الجسم، فإنها ستصبح أكثر فائدة.

ولا تزال الاختناقات موجودة بطبيعة الحال. كما هو الحال مع الروبوتات الأكبر حجمًا، يتضمن ذلك التحدي المتمثل في تشغيل الروبوتات دون الحاجة إلى إبقائها مقيدة، مما يجعلها أكثر مرونة، وتصنيعها بكميات كبيرة بسهولة أكبر. وفي حالة التطبيقات الطبية، يجب أيضًا إثبات أنها آمنة قبل استخدامها رحلة رائعةمهمات على غرار من خلال جسم الإنسان. لكن هذه التحديات يجري العمل عليها، وصقلها، وفي كثير من الحالات، حلها من قبل أعداد متزايدة باستمرار من الباحثين في جميع أنحاء العالم.

وكما قال الفيزيائي ريتشارد فاينمان ذات مرة عن مجال تكنولوجيا النانو، وهو ابن عم أصغر للروبوتات الدقيقة، "هناك مساحة كافية في الاسفل". ولكن هذا بالتأكيد ليس بسبب عدم الاهتمام!

توصيات المحررين

• الشيء الكبير التالي في العلوم موجود في جيبك بالفعل
• مستقبل التصنيع: نظرة للأمام إلى الحقبة القادمة من صناعة الأشياء
• مستقبل الذكاء الاصطناعي: 4 أشياء كبيرة يجب مراقبتها في السنوات القليلة المقبلة
• الدمى الذكية: كيف تعمل تقنية المعالجة الآلية على تغيير ممارسة كرة القدم
• كيف تساعد البيانات المكانس الكهربائية الروبوتية في تنظيف منزلك بأقصى قدر من الكفاءة