واشنطن – تخيل عالمًا تتولى فيه الحشرات الروبوتية مهمة التلقيح الحيوية مع التراجع الكارثي في اعداد النحل والحشرات، مما يحرر المزارعين من الاعتماد على تقلبات الطبيعة أو اللجوء إلى تلقيح المحاصيل يدويًا.

وبيشر تطويّر باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في الولايات المتحدة روبوتات صغيرة بحجم الحشرات، قادرة على الطيران لفترات طويلة بتحقيق هذا المنجز الزراعي والبيئي.

ويمكن أن يساهم هذا الأسلوب الأكثر كفاءة في التلقيح الصناعي في تمكين المزارعين في المستقبل من زراعة الفواكه والخضروات داخل مستودعات متعددة الطوابق، مما يزيد من الإنتاجية ويخفف من الآثار السلبية للزراعة على البيئة.

لتحقيق هذا الهدف، يعمل باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا على تطوير روبوتات حشرية قد تخرج يومًا من خلايا ميكانيكية لأداء مهام التلقيح بدقة وسرعة.

ومع ذلك، حتى أفضل الروبوتات بحجم الحشرات لا تضاهي كفاءة الملقحات الطبيعية مثل النحل من حيث التحمل والسرعة والقدرة على المناورة.

استلهم الباحثون تصميمهم الجديد من تشريح هذه الملقحات الطبيعية، حيث قاموا بتحسين تصميمهم لإنتاج روبوتات طائرة صغيرة أكثر رشاقة وديمومة.

يمكن لهذه الروبوتات الجديدة التحليق لمدة تصل إلى 1000 ثانية، وهو أكثر بمئة مرة مقارنة بالإصدارات السابقة. الروبوت الحشري، الذي يزن أقل من مشبك ورق، قادر على الطيران بسرعة تفوق الروبوتات المماثلة وأداء حركات بهلوانية مثل الانقلاب الجوي المزدوج.

تم تصميم الروبوت المُحسن لتحسين دقة الطيران والرشاقة مع تقليل الإجهاد الميكانيكي على مفاصل أجنحته الاصطناعية، مما يسمح بحركات أسرع وزيادة التحمل وطول العمر.

كما يوفر التصميم الجديد مساحة كافية لحمل بطاريات أو مستشعرات صغيرة، مما قد يمكنه من الطيران بشكل مستقل خارج المختبر.

يقول كيفن تشين، الأستاذ المشارك في قسم الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر في MIT، ورئيس مختبر الروبوتات اللينة والمصغرة في مختبر أبحاث الإلكترونيات: “كمية الطيران التي أظهرناها في هذا البحث ربما تفوق إجمالي الطيران الذي حققه المجال باستخدام هذه الروبوتات الحشرية. مع العمر الأطول والدقة المحسنة لهذا الروبوت، نقترب من تطبيقات مثيرة للغاية، مثل التلقيح المدعوم”.

تحسين الأداء

كانت الإصدارات السابقة من الروبوت الحشري تتكون من أربعة وحدات متطابقة، لكل منها جناحان، مدمجة في جهاز مستطيل بحجم شريط ميكروكاسيت.
يقول تشين: “لكن لا يوجد أي حشرة لديها ثمانية أجنحة. في تصميمنا القديم، كان أداء كل وحدة فردية أفضل من أداء الروبوت ككل”.

كان هذا الانخفاض في الأداء ناتجًا جزئيًا عن ترتيب الأجنحة، التي كانت تدفع الهواء نحو بعضها البعض أثناء الخفقان، مما يقلل من قوة الرفع التي يمكنها توليدها.

تم تعديل التصميم الجديد بحيث يحتوي كل من الوحدات الأربعة المتطابقة على جناح واحد يخفق بعيدًا عن مركز الروبوت، مما يعزز استقرار الأجنحة وقوة الرفع الخاصة بها.

تعتمد حركة أجنحة الروبوت على عضلات اصطناعية تتكون من طبقات من الإيلاستومر محصورة بين إلكترودات من أنابيب الكربون النانوية، ثم تُلف في أسطوانة مرنة. تتقلص العضلات بسرعة وتتوسع لتوليد القوة الميكانيكية اللازمة لخفق الأجنحة.

في التصاميم السابقة، عند وصول حركة العضلات إلى ترددات عالية جدًا للطيران، غالبًا ما تبدأ الأجهزة بالانحناء، مما يقلل من كفاءتها. يعمل التصميم الجديد على تقليل هذا الانحناء، مما يقلل من الإجهاد على العضلات الاصطناعية ويتيح لها تطبيق قوة أكبر على الأجنحة.

يخطط الباحثون لدفع هذا التصميم إلى أقصى حدوده، بهدف تحقيق طيران يدوم لأكثر من 10.000 ثانية وتحسين دقة الروبوتات لتتمكن من الهبوط والإقلاع من مركز الزهور.

يقول تشين: “هذه النموذج الجديد بمثل نتيجة كبيرة لفريقنا ويقودنا نحو العديد من الاتجاهات المثيرة”.