حقق فريق مهندسين في جامعة نورث وسترون اختراقًا كبيرًا في مجال الروبوتات، حيث طوروا نوعًا من العضلات الاصطناعية الناعمة، مما يمهد الطريق لبناء روبوتات أكثر مرونة وقدرة على التكيف. نُشرت الدراسة ذات الصلة في 24 يوليو في مجلة Advanced Materials.

معظم الروبوتات الحالية صلبة وثقيلة، مما يجعلها غير قادرة على التكيف مع البيئات المعقدة أو أداء المهام الدقيقة. يتمتع المحرك الجديد للعضلات الاصطناعية (المنفذ) الذي طوره فريق جامعة نورث وسترون بالأداء والخصائص الميكانيكية اللازمة لبناء نظام عضلي هيكلي للروبوتات.

لإظهار وظيفته، زرع الفريق هذا الاختراع في ساق بيونيك بحجم الإنسان الحقيقي. تُجهز هذه الساق بـ"عظام" بلاستيكية صلبة، و"أوتار" مرنة، ومستشعرات، وتستخدم ثلاث عضلات اصطناعية لعضلة الفخذ الرباعية، وعضلات الفخذ الخلفية، وعضلات الساق، مما يمكنها من ثني الركبة والكاحل بمرونة جيدة، وامتصاص قوة الصدمات، وتطبيق قوة كافية لكرة الطائرة من قاعدتها.

يواجه بناء محركات ناعمة تشبه العضلات للروبوتات العديد من الصعوبات. تحتاج معظم المحركات الناعمة الحالية إلى معدات كبيرة وثقيلة للتشغيل، وغير متينة، وقوتها غير كافية. كما أن تصميم مواد ناعمة تعمل مثل العضلات أمر صعب للغاية، وحتى لو تمكنت من الحركة، فإن نقل الطاقة وربط الهياكل الصلبة يثيران مشكلات متتالية.

للتغلب على هذه التحديات، استند الفريق إلى محرك "HSA" (Handed Shearing Auxetic) الذي طوروه سابقًا. يعتمد جوهر هذا المحرك على هيكل أسطواني مطبوع ثلاثي الأبعاد، ويولد الحركة الالتوائية المطلوبة للحركة محرك كهربائي صغير مدمج. طور عضو الفريق Kim Tae-yong طريقة لطباعة HSA ثلاثية الأبعاد باستخدام مطاط رخيص، وغلفها بهيكل أكورديون مطاطي مطبوع، مما يجعل المحرك قادرًا على الدفع والسحب مثل العضلات الاصطناعية، ويتصلب ديناميكيًا تحت القوة. تزن كل عضلة حوالي وزن كرة قدم، وأكبر قليلاً من علبة صودا، ويمكنها التمدد إلى 30% من طولها الأصلي، والانكماش ورفع جسم أثقل من وزنها بـ17 مرة، وتعمل بالبطارية.

لإظهار إمكانات التطبيق العملي للعضلات الاصطناعية، صنع الفريق ساقًا ميكانيكية بحجم الإنسان الحقيقي. تستخدم هذه الساق بلاستيكًا صلبًا لصنع "العظام"، ومطاطًا لصنع موصلات تشبه الأوتار، وأضافت مستشعرات مطبوعة ثلاثية الأبعاد مرنة، مما يجعل الساق قادرة على "الشعور" بعضلاتها. الهيكل النهائي للساق الاصطناعية مدمج، ويعمل بالبطارية، ويمكنه ثني الركبة آلاف المرات في ساعة واحدة بشحنة واحدة.

قال المؤلف الأول للدراسة Ryan Truby إن تصميم مواد روبوتية جديدة تمتلك أداء وخصائص نظام العضلات والعظام البيولوجي يمكن أن ينتج روبوتات أكثر مرونة ومتانة، تلبي احتياجات الاستخدام الفعلي. من المتوقع أن يغير هذا الابتكار طريقة مشي الروبوتات وجريها وتفاعلها مع البشر واستكشاف العالم، مما يدفع تطوير الروبوتات الشبيهة بالبشر والحيوانات في اتجاهات جديدة.