أخبار سيئة للذين يعانون رهاب الأفاعي، فقد تمكن باحثون من جامعة هارفارد جون بولسن للهندسة والعلوم التطبيقية (SEAS) من تطوير روبوت مستوحى من الأفعى، لكنّه أسرع وأدق من الابتكارات السابقة.

Image: Image courtesy of Harvard SEAS

تُمكّن مواد المِتا (المواد الفائقة) المُبرمجة التي تستخدم فن الكيريغامي (Kirigami) صنع سطوح تفاعلية وجلود ذكية.

ماهو فن الكيريغامي Kirigami؟

هو فن ياباني لِقص الورق، تتألف كلمة كيريغامي من مقطعين: (كيري) أي القص (غامي) أي الورق، حيث يُشكل التناظر عامل مهم في تقنية الكيريغامي، ومن الأمثلة البسيطة عن مشاريع يستخدم فيها التصميم التناظري؛ لتشكيل ندف الثلج والنجوم والأزهار الموجودة في بطاقات المعايدة؛ التي عند فتحها يبرُز التشكيل الجميل للخارج بشكل ثلاثي الأبعاد، والكاريغامي فن شبيه بفن الأوريغامي، يتم الخلط بينهما أحيانًا؛ لكن الفرق بينهما أن الأوريغامي هو فن طي الورق دون قصه أو لصقه ببعضه البعض، بينما يُستخدم القص في الكيريغامي. [2]

Image: Robin M. Neville, Fabrizio Scarpa, and Alberto Pirrera.

باستخدام هذا الفن؛ صُنِع روبوت يتحرك بطريقة جديدة، فعندما يتمدد ينفر سطحه للخارج بشكل ثلاثي الأبعاد، مما يجعله يُمسك الأرض كما الأفعى. 

اُستخدِم في الجيل الأول من هذا الروبوت طبقة كيريغامي مُسطحة؛ أي أنها تتحول بشكل متجانس عندما يتمدد الروبوت، أما الروبوت الجديد أصبح جلده مُتحكمًا به، أي أن مقاطع الكيريغامي (القُصاصات بشكل الحراشف) تنفر للخارج حسب الطلب، مما يحسن سرعته ودقته.

يقول أحمد رفسنجاني وهو طالب ما بعد الدكتوراه في جامعة SEAS والكاتب الأول للورقة البحثية: "هذا هو النموذج الأول لبنية الكيريغامي، لا تحدث التغييرات فيها بشكل متجانس، حيث في الكيريغامي المُسطح تكون الأجزاء النافرة مستمرة، أي كل الأجزاء تنبثق للخارج بنفس اللحظة؛ ولكن في جلد الكيريغامي الجديد تكون هذه الحراشف المُنبثقة غير مستمرة، فيمكن استخدام هذا التحكم في تغيير الشكل لتصميم سطوح تفاعلية وجلود ذكية تغير بنيتها وشكلها عند الطلب".

يعمل البحث الجديد على خاصيتين للمواد: حجم القُصاصات في الورق، وانحناء الورق. و بالتحكم بهذه الخصائص أصبح الباحثون قادرين على برمجة انتشار القصاصات المُنبثقة الديناميكي من نهاية إلى أخرى، أو التحكم بالقصاصات المُنبثقة في مكان معين.

لُفّت طبقة الكيريغامي في بحث سابق على محرك مصنوع من المطاط الصناعي، أما في هذا البحث لُفّت الكيريغامي حول أسطوانة يتم التحكم بها بواسطة مُحركين في كل نهاية، عندما تكون القطوع في طبقة الكيريغامي ثابتة الحجم، ينتشر التغير في الشكل في الأسطوانة من نهاية لأخرى، وعندما تُختار القصاصات بعناية، يمكننا برمجتها لتغير شكلها بتتالٍ مرغوب.

تقول كاتيا بيرتولدي، بروفيسورة الميكانيك التطبيقي في SEAS وكاتبة أساسية في الورقة البحثية: "عبر استعارة أفكار من المواد التي تتغير بشكل طوري، وتطبيقها على المواد المبنية بفن الكيريغامي، أظهرنا أن الأطوار المُنبثقة وغير المُنبثقة يمكنها التواجد بنفس الوقت على سطح الأسطوانة، وعبر دمج القطوع والانحناءات يمكننا برمجة حركة متباينة بشكل واضح".

يهدف الباحثون لاحقًا لتطوير تصميم عكسي ليحصلوا على تغيرات أكثر تعقيدًا. ويقول ليشواي جين وهو طالب تخرج في SEAS وكاتب مشارك في الورقة: "تكمن الفكرة في كونك تعرف تمامًا كيف يجب أن يتحول الجلد، فتقص وتلفّ وتنطلق".

هذا الفيديو يوضح شكل الروبوت وكيفية صنعه، والفرق بين حركة الروبوت عند الانبثاقات المتجانسة والانبثاقات المُبرمجة والمُتحكم بها:


لقراءة تفاصيل عن المعادلات الحاكمة لانتشار الانبثاقات وحركة الروبوت في الرابط التالي، وهي الورقة البحثية المنشورة في موقع أعمال الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأميركية:

هنا
المصادر:
هنا
هنا