تمكّن علماء من جامعة كورنيل الأمريكية لأول مرة من صنع روبوتات قادرة على استشعار درجة حرارة البيئة المحيطة و"التعاون" لتغييرها، ولا يتجاوز قطر هذه الروبوتات سمك الشعرة، ومن المتوقع أن تُستخدم مستقبلاً في المجالين الطبي والزراعي. وقد نُشرت الورقة البحثية ذات الصلة في العدد الأخير من مجلة "نيتشر إلكترونيكس".

روبوتات دقيقة تعمل بشكل تعاوني. المصدر: Kaitlyn Serrao/جامعة كورنيل - إيثاكا وكورنيل تك

تستطيع هذه الروبوتات المشي بشكل مستقل، واستشعار البيئة، والتصوير والقياس، كما يمكنها "التبادل فيما بينها". وقد صفّف فريق البحث 54 من هذه الروبوتات في تشكيلات منظمة، واقترن ذلك بدوائر استشعار حراري، ما أتاح للسائل بالانتقال بين مناطق ذات درجات حرارة مختلفة — من المنطقة الساخنة نحو الباردة أو بالاتجاه المعاكس. وهذه هي المرة الأولى التي تتمكن فيها روبوتات دقيقة من تغيير البيئة الفيزيائية المحيطة بها.

تعمل هذه الروبوتات بمثابة أهداب اصطناعية، إذ تحاكي قدرة الأهداب الطبيعية على ضخ السوائل، أي الاعتماد على الحركة التنسيقية للأهداب لدفع السائل في اتجاه محدد على المستوى المجهري. وهذا هو الآلية ذاتها التي يعتمد عليها الجهاز التنفسي البشري في إزالة المخاط، وقناة فالوب في نقل البويضات.

غير أن الفريق لم ينسخ بنية الأهداب الطبيعية، بل صمم بنية أكثر كفاءة بمفصلين، يمكن برمجتها بسهولة عبر إشارات إلكترونية. يتحرك المفصلان بالتتابع لتشكيل حركة تجديف لا رجعية، ما يدفع السائل المحيط.

لا يمكن لمجداف واحد أن ينجز المهمة، إذ يلزم تضافر العديد من الروبوتات. وقد رتّب الفريق 54 هدباً اصطناعياً مفصلياً في مصفوفة، زُوّدت بدائرتي استشعار حراري — إحداهما "قائدة" والأخرى "تابعة". وتتواصل الدائرتان فيما بينهما لمزامنة الأهداب في المصفوفة، بحيث تضخ السائل بشكل مشترك وفقاً لتغيرات درجة الحرارة. وتحدد هذه الدائرة أساساً متى تضخ مصفوفة الأهداب وأي مفصل تستخدم: فعندما تتجاوز درجة الحرارة القيمة المحددة، يكون الضخ في الاتجاه الأمامي؛ وعندما تنخفض، يكون الضخ في الاتجاه المعاكس.

ويشدد الفريق على أن القدرات الثلاث الرئيسية — استشعار البيئة، والتحكم في السوائل، والتواصل المتبادل بين الرقائق الدقيقة — تشكّل حلقة تغذية راجعة مستوحاة من الأنظمة الطبيعية، ومن المتوقع أن تُستخدم مستقبلاً في المجالين الطبي أو الزراعي. فعلى سبيل المثال، قد تتفاعل الروبوتات مع الضوء أو قيمة الأس الهيدروجيني، مما يحفّز تفاعلات كيميائية أو حركات ميكانيكية.