אוטומטים טבעיים שנולדו: רובוטים מהדור הבא מביאים רמזים מהביולוגיה

2023 מְחַבֵּר: Peter Bradberry | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-05-21 22:33

כיצד דור חדש של רובוטים לוקח את השראתו מעולם הטבע (ועוזר לביולוגים ללמוד עליו יותר).

ג'ולבוט הכדורי אינו דומה לחרגול, אך הוא חייב את יכולתו לקפוץ ליצורים הזעירים הללו. לחרקים אין את פעולת השריר לקפוץ כמו קנגורו, ולכן הם אוגרים אנרגיה כמו קפיץ דחוס ומשחררים אותה לפתע לזינוק. כמו כן, כאשר הג'ולבוט הגמיש משוטח ואז משוחרר, הוא גובה כלפי מעלה בערך 20 ס"מ (50 ס"מ) לאוויר.

ג'ולבוט הוא דוגמה למכונה ביו-מימטית - הלווה רעיונות מהטבע כהשראה להופעתו, התנהגותו ומנגנוניו הפיזיים. ביו-מימיקה, או תכנון ביומימטי, אינם דבר חדש (חשוב: רחפנים של לאונרדו דה-וינצ'י על בסיס כנפי ציפורים). אולם מהנדסים ורובוטים "מביטים כעת באופן יזום אל הטבע לפתרונות לבעיות הנדסיות ספציפיות", אומר מעצב ג'ולבוט, רודרי שריון, מועמד לתואר שלישי בהנדסת מכונות באוניברסיטת באת 'באנגליה.

שריון, שביצע את עבודת הדוקטורט שלו במרכז באת 'לטכנולוגיות ביומימטיות וטבעיות (שנוצר בשנת 2003), חיפש מנגנון שיאפשר לבוט לחקור סביבות מחוספסות, המעכבות מכשירי הליכה וגלגלים. לאחר ארבע שנים ושלוש גרסאות של המכונה, הוא חשף את ג'ולבוט בדצמבר. בנוסף לקפיצה, כשגופו דמוי כדור החוף מורחב ומתוח לחלוטין, המכשיר יכול להתגלגל על פני שטח מהמורות. דמיינו אותו על מאדים, שם יכול רובוט כמו ג'ולבוט להתגלגל ולהקפיץ מעל אזורים שנודדי נאס"א מבוססי גלגלים ולא יכולים.

בעשור האחרון העיצוב הביומימטי שגשג, לדברי מרק קוטקוסקי, מנהל שותף במרכז לחקר העיצוב באוניברסיטת סטנפורד. לביולוגים יש כלים טובים יותר - כמו מיקרוסקופיה מתקדמת לצפייה בדברים בסדר גודל של אלפיות הננומטרים - המאפשרים להם ללמוד יותר על בעלי חיים והמנגנונים הפיזיים שלהם, הוא אומר. רונלד ארקין, רובוטיסט המכון הטכנולוגי של ג'ורג'יה, מציין ירידה דרמטית בעלויות בניית הרובוטים לצורך מחקרו: יצירת בוט עולה כעת סביב עיניים של אונקיות לראות כמעט את עצמן תוך כדי זמזום ומשנות כיוון כשהן מרגישות משהו בתוך את דרכם.

רוברט פול, ביולוג מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי, מתעקש שביו-מימיקה לא כל כולו גזל את עולם הטבע. הוא עבד עם מהנדסים מאז אמצע שנות התשעים, כאשר עזר בפיתוח אריאל בהשראת הסרטנים, רובוט שואף מוקשים מתוצרת iRobot Corp. (המפורסם בזכות הריק הרובוטי של Roomba) שיכול לחפש חומרי נפץ קבורים באזורי גלישה. במקום רק לקלוט את מה שהטבע מספק, הוא אומר, הוא מעודד עיצובים ש"נעזרים בעקרונות ובאנלוגיות המועילות שאתה מוצא בטבע ומשלבים אותם בהנדסה כדי להפוך למשהו טוב יותר מהטבע. " האבולוציה, הוא אומר, אינה המהנדס האולטימטיבי; במקום זאת, זה עובד על השיפורים העקרוניים ה"טובים מספיק "שעושים עיצובים קודמים במקום להתחיל מאפס לבנות טובים יותר.

בשנה שעברה, מייסד מלא את המרכז לביו-מכניקה אינטגרטיבית בחינוך ומחקר (CiBER) באוניברסיטת U. C. ברקלי לטפח הדדיות בין ביולוגים ומהנדסים: הראשונים מספקים מנגנונים בהם האחרונים יכולים להשתמש במכשירים שלהם, אשר עשויים לשמש כמודלים לקידום הביולוגיה. Stickybot, ש- Full שיתפה פעולה עם Cutkosky של סטנפורד, מדגים כנראה את העיקרון הטוב ביותר.

בשנת 2003 הוציאה סוכנות הביטחון למחקר מתקדם (DARPA), זרוע המחקר המתקדמת של הפנטגון, כמה מיליוני דולרים לביצוע הזמנת בניית רובוט שיכול לטפס על קירות לצורכי מעקב. התוצאה הייתה Spinybot, שיכולה לעלות על משטחים מחוספסים כמו עצים וקירות מלט בעזרת מיקרו-כוסות המוטות בקוצים זעירים, מנגנון שהושאל מחרקים כמו התיקן. Stickybot, שהחל לראשונה בשנת 2006 ויכול לעלות במשטחים חלקים כמו חלונות, משתמש בדבק בהשראת שממיות. על הרגליים, לטאות יש מיליוני שקיעות, בעיקרן שערות בעלות קצוות מפוצלים, המשתמשות בכוחות בין-מולקולריים בכדי להשיג "הידבקות כיוונית": אם הקבוצות שלהן נתקלות במשטח שנע בכיוון אחד - נגיד שמאלה ימינה - הן נצמדות; כשעוברים לכיוון ההפוך, הם מתקלפים. "זה כמו סקוטש שאינך צריך ללחוץ עליו כדי להדביק אותו," אומר קוטקוסקי.

מהנדסים ציינו כי הרובוטים המטפסים שלהם נפלו מקירות אם לא היה להם זנב. "חשבנו [שממיות] אף פעם לא משתמשות בזנב שלהן", נזכר מלא, אך מתברר שהן כן. התוספת האחורית מסייעת לזוחלים לייצב את עצמם ולמנוע את ראשיהם מלהסתובב לאחור, מה שגורם להם ליפול ראש מעל הזנב לקרקע.

קביעת אותה פיסת ביופיזיקה קטנה, לעומת זאת, דרשה בניית רובוט. "לשם נע ביומימטיקה," אומר פול. "זה יותר מייעוץ שטחי ושטחי בנושא עיצוב.".