الطبيعة هي مصدر الإلهام للعديد من التقنيات. فالروبوتات التي تحاكي مخالب الصراصير والأهداب المجهرية للسحالي تستطيع تسلق جدران المباني. فلنلق نظرة على عالم الروبوتات المحاكية للطبيعة!
في إحدى حلقات البرنامج الشهير "وظائف بدوام جزئي متطرفة"، يحصل ممثل على وظيفة بدوام جزئي في غسل النوافذ في مبنى شاهق. ويظهر خوف الممثل من المرتفعات وقلقه بشأن سلامته على وجهه وهو يحاول غسل النوافذ من على متن جندول آمن، وهو ما يجعل المشاهدين متوترين. ألن يكون من الرائع أن يتولى روبوت مثل هذه المهمة الصعبة، حيث قد يؤدي خطأ واحد إلى حادث كبير؟
عندما تفكر في روبوت ينظف نوافذ ناطحة سحاب من أجل إنسان، فمن السهل أن تتخيل روبوتًا على شكل إنسان يحمل أداة تنظيف وينظف النوافذ بجد. ومع ذلك، فإن الإجماع هو أن الروبوت المزود بوحدة تنظيف مثبتة على جسم يمكنه الصعود والنزول على جدران المباني سيكون أكثر كفاءة من الروبوت على شكل إنسان. من أجل تحقيق القدرة على الصعود والنزول على جدران المباني، تسمى الروبوتات التي تحاكي الهياكل الأساسية ومبادئ وآليات الحيوانات والنباتات بالروبوتات المحاكية للحيوية.
ومن بين هذه الروبوتات التي حققت نتائج مذهلة في تسلق جدران المباني صعوداً ونزولاً روبوت Spinybot. ويستخدم روبوت Spinybot مبدأ تسلق الصراصير للجدران صعوداً ونزولاً. وتستخدم الصراصير الشعيرات الرقيقة الموجودة على أقدامها كخطافات لتسلق الجدران صعوداً ونزولاً. وتتكون الجدران من انحناءات صغيرة ووعرة في السطح، وهذه الانحناءات لديها القدرة على لمس شعر الصرصور من اتجاهات عديدة. وإذا لامس أحد هذه الشعيرات الانحناء في اتجاه يدعم وزن الصرصور، فإن الشعرة لديها قوة صغيرة تدعم وزن الصرصور. وفي حين أن قوة شعرة واحدة صغيرة، فإن القوة المجمعة لشعيرات متعددة يمكن أن تولد قوة كافية لدعم وزن الصرصور. كما تحتوي أقدام روبوت Spinybot على مخالب صغيرة ولكنها عديدة، والتي تستخدم نفس المبدأ لدعم وزن الروبوت أثناء تسلق الجدران صعوداً ونزولاً. ومع ذلك، تعتمد هذه الطريقة على احتمالية ملامسة المخالب للجدران، مما يجعل من المستحيل الالتصاق بالجدران الملساء مثل الزجاج.
أحد الروبوتات التي تغلبت على هذا القيد هو Stickybot، الذي تم تصميمه على غرار بنية قدم الوزغة. تستطيع الوزغة المشي على الأسقف والجدران دون الحاجة إلى مواد لاصقة، ويكمن السر في ملايين الشعيرات المجهرية على باطن أقدامها. قد تتساءل كيف يمكن لشيء به الكثير من الشعيرات الدقيقة على باطن قدميه أن يلتصق بالجدران، لكن قوة فان دير فالس تجعل ذلك ممكنًا.
قوى فان دير فالس هي قوى كهربائية صغيرة تعمل بين الجزيئات وتنتج عن الانحراف اللحظي للإلكترونات داخل جزيء غير قطبي. عندما يكون هناك انحراف لحظي للإلكترونات داخل جزيء غير قطبي، فإن الجانب الذي تتجه إليه الإلكترونات له قطب (-) والجانب الذي تكون فيه الإلكترونات حرة نسبيًا له قطب (+). سيؤثر الجزيء الذي يتعرض لهذا التحيز الإلكتروني أيضًا على جيرانه. يدفع القطب (-) الإلكترونات داخل الجزيء المجاور إلى الجانب المقابل، مما يجعل الجانب الذي هربت منه الإلكترونات قطبًا (+) والجانب المقابل حيث تتجمع الإلكترونات نسبيًا قطبًا (-). يؤثر هذا القطب (-) بعد ذلك على الجزيئات المجاورة، ويتسبب التفاعل المتسلسل في استقطاب جميع الجزيئات على الفور. يخلق هذا الاستقطاب اللحظي جاذبية كهروستاتيكية بين الجزيئات، والتي تسمى قوة فان دير فالس. إن قوة فان دير فالس التي تولدها هدب واحد صغيرة جدًا، ولكن عندما تتكتل ملايين الأهداب المجهرية معًا، تكون القوة كافية لدعم وزن السحلية. وإذا حدثت نفس الظاهرة التي تحدث في باطن أقدام الوزغة في راحة يد الإنسان، فإن القوة ستكون غير قابلة للإهمال، حيث أن راحة يد الإنسان قادرة على دعم وزن يبلغ حوالي 40 كيلوجرامًا. يستخدم Stickybot أيضًا وسادات من مادة اليوريثين ذات بنية شعرية مجهرية لربط الروبوت بالجدران باستخدام قوى فان دير فالس. ولأنه يستخدم القوى الكهربائية بدلاً من الاتصال المادي، فيمكنه التحرك على الجدران الملساء مثل الزجاج.
بالإضافة إلى قوى فان دير فالس، فإن أهداب الوزغة لها خصوصية أخرى: فهي موجهة. تتمتع هذه الأهداب بخاصية اكتساب التصاق كبير عند تطبيقها في اتجاه واحد، ولكنها تتساقط بسهولة عند تطبيقها في الاتجاه المعاكس. كما أن الشعيرات المجهرية في Stickybot موجهة أيضًا، مما يعني أنها تتمتع بقوة التصاق كبيرة إلى الأسفل، حيث يعمل وزن الروبوت، لكن لا يتطلب الأمر الكثير من الجهد لسحبها في الاتجاه المعاكس.
يعد كل من Spinybot، الذي يستخدم خصائص الصراصير، وStickybot، الذي يستخدم خصائص الوزغات، من الأمثلة الجيدة للروبوتات الحيوية القادرة على تسلق جدران المباني، لكن الطريقتين لا تزالان تستغرقان وقتًا طويلاً. ولحل هذه المشكلة، يستكشف الباحثون طرقًا مختلفة لتطوير تقنيات أسرع وأكثر كفاءة لتسلق الجدران.
هناك الملايين من أنواع الحيوانات والنباتات على الأرض، ولكل منها طرقها الخاصة للتكيف مع بيئتها والبقاء على قيد الحياة. على سبيل المثال، يمكن تحسين سطح الروبوت من خلال محاكاة بنية مقياس سمكة تسبح جيدًا تحت الماء، أو يمكن تطوير نوع جديد من نظام التعلق من خلال الرجوع إلى بنية اليد والقدم لقرد يتسلق الأشجار. مثل هذا البحث سيمكن الروبوتات المحاكية للحيوية من امتلاك قدرات أكثر تنوعًا وإبداعًا. قد تكون هناك حيوانات ونباتات لم تتم دراستها بعد ولديها حلول لتسلق جدران المباني بسرعة. كلما تنوعت النباتات والحيوانات، زادت الاحتمالات المتاحة للروبوتات المحاكية للحيوية. مع المزيد من البحث والتقدم التكنولوجي، سيصبح عالم الروبوتات المحاكية للحيوية أكثر إثارة للدهشة.
