فريق بحثي أمريكي يطور روبوتاً ناعماً بـ "ذكاء ميكانيكي" دون حاسوب دقيق، يحقق ثلاثة أنماط سباحة تحت الماء

تم الكشف عن روبوت ناعم بـ "ذكاء ميكانيكي" طوره فريق من جامعة ولاية كارولينا الشمالية الأمريكية في 13 أكتوبر. لا يحتوي الروبوت على حاسوب دقيق، ولا يعتمد على خوارزميات في الوقت الفعلي، بل يستخدم أنبوبين هوائيين فقط للتحكم في النفخ والتفريغ، مما يتيح التبديل بين ثلاثة أنماط سباحة: قنديل البحر، السمكة، والدوار، وإتمام حركات مثل الصعود، الهبوط، التعليق، والانعطاف. منطق التحكم الخاص به يتحمله بالكامل المادة والهيكل نفسه، أي ما يعادل دمج "الدماغ" في الهيكل. وقد نُشرت النتائج ذات الصلة في أحدث عدد من مجلة "Science Advances".

جوهر هذا البحث ليس المظهر المحاكي للبيولوجيا، بل فلسفة تصميم تسمى "الذكاء الميكانيكي": إسناد العمل الذي كانت تقوم به تقليدياً المستشعرات، الرقائق، والخوارزميات، إلى مادة الروبوت وهيكله الهندسي. بعبارة أخرى، الجسد نفسه هو المعالج. جاء طرح هذه الفلسفة من خلال اختراق عنق الزجاجة في هندسة الروبوتات الناعمة تحت الماء التقليدية. على مدى أكثر من عشر سنوات، تطورت الروبوتات الناعمة تحت الماء إلى أشكال متنوعة، لكن معظمها لا يستطيع تحقيق نمط حركة واحد فقط في وقت واحد، ويقتصر نطاق حركته على المستوى ثنائي الأبعاد: يمكنه التقدم والتراجع، الصعود والهبوط، لكنه لا يستطيع الانعطاف.

لتحقيق المناورة ثلاثية الأبعاد تحت الماء، يلزم تزويد كل من الاتجاهات الثلاثة بنظام دفع مستقل.

فلسفة تصميم الذكاء الميكانيكي تدفع تقدم تقنية الروبوتات تحت الماء

في عام 2018، أطلق مختبر علوم الحاسوب والذكاء الاصطناعي في معهد ماساتشوستس للتقنية (MIT CSAIL) سمكة روبوتية ناعمة تحت الماء باسم SoFi، والتي استطاعت تحقيق سباحة ذاتية ثلاثية الأبعاد من خلال ستة مدخلات دفع مستقلة، تتولى على التوالي التحكم في اهتزاز الذيل، تعديل الطفو، والتحكم في زعانف الانحدار، مجتمعة مع مضخة هيدروليكية، بطارية ليثيوم مدمجة، ووحدة تحكم عن بعد صوتية.

يتكون الجسم الرئيسي للروبوت من إطار مركزي ثماني الأضلاع، ترتبط به أربع أذرع مثلثة مرنة، ويحتوي الإطار على كيس هوائي مسطح من السيليكون فائق النعومة، يشكل مشغلاً هوائياً ثنائي القناة. يبلغ طول النموذج الأولي 55 مم، ووزنه 14.5 غرام. صمم الفريق كل ذراع كهيكل "أحادي الاستقرار"، يشبه الباب ذو الزنبرك: عند النفخ، تضرب الذراع بسرعة إلى الأسفل، وبعد تجاوز النقطة الحرجة تُطلق الطاقة المرنة؛ وعند التفريغ، يعود الهيكل تلقائياً، وتكتمل حركة قلب الذراع في حوالي 26 ميلي ثانية.

بشكل محدد، عند نفخ وتفريغ القناتين في آن واحد، ترفرف الأذرع الأربعة بشكل متزامن، منتجة نبضة رأسية، فيكمل الروبوت في نمط قنديل البحر الصعود، الهبوط، والتعليق؛ عند نفخ جانب واحد فقط، تضرب الذراع المقابلة بقوة، بينما تتأرجح الذراع المجاورة كمساعد، فيسبح الروبوت مثل السمكة في اتجاه محدد؛ عند نفخ القناتين بتفاوت طور 180 درجة بالتناوب، ترفرف الأذرع المجاورة بالتناوب، فيصعد الروبوت حلزونياً في مكانه، داخلاً في نمط الدوار. يمكن التبديل بين الأنماط الثلاثة بشكل مستمر، مما يتيح للروبوت إتمام حركات مركبة مثل الصعود، التعليق، الانعطاف، والهبوط على طول مسار محدد.

من حيث بيانات الأداء، بلغت أقصى سرعة صعود في نمط قنديل البحر 1.64 طول جسم في الثانية، وأدنى تكلفة نقل 17.6؛ وبلغت ذروة سرعة الدوران في نمط الدوار حوالي 90 درجة في الثانية. يمكن التبديل بسلاسة واستمرارية بين الأنماط الثلاثة، ويستطيع الروبوت إتمام حركات مركبة مستمرة من صعود-تعليق-انعطاف-هبوط على مسار على شكل Π، كما يمكنه إعادة توجيه الدوران عبر نمط الدوار، ثم مواصلة السباحة الخطية في نمط السمكة، محققاً مناورة ثلاثية الأبعاد حقيقية.

لا يزال هذا الروبوت حالياً يتطلب ضبط تردد ومرحلة النفخ والتفريغ يدوياً، ولا يمتلك قدرة استشعار واتخاذ قرار في الوقت الفعلي. عند تبديل الأنماط، يؤثر الزخم الزاوي المتبقي من مرحلة الدوران السابقة على السباحة الاتجاهية، وبمجرد تشكل الهيكل، تظل قابلية التكيف مع المهمة محدودة.