مهندسان MIT اسکلتهای انعطافپذیری برای رباتهای نرم با نیروی ماهیچهای طراحی کردهاند.
این ابزارهای مدولار فنریشکل طوری طراحی شدهاند که بتوانند حداکثر استفاده را از فیبرهای ماهیچهای زنده ببرند و آنها را برای به حرکت درآوردن رباتهای زیستی-ترکیبی (biohybrid) به کار بگیرند.
ماهیچههای بدن انسان را میتوان به عنوان یکی از کاملترین ابزارهای حرکتی طبیعت شناخت؛ آنها انرژی را با قدرت، دقت، و انعطافپذیری بالا به حرکت تبدیل میکنند. در مقایسه با فعالکنندههای مصنوعی، فیبرهای ماهیچهای بسیار قدرتمندتر و کارآمدتر هستند و علاوه بر آن توانایی ترمیم خود و حتی قویتر شدن با تمرین را دارند.
به همین دلیل، بسیاری از مهندسان تلاش میکنند از این ویژگیهای بینظیر برای ساخت رباتها بهره ببرند. آنها تاکنون چند ربات زیستی-ترکیبی طراحی کردهاند که با استفاده از ماهیچههای زنده، قادر به راه رفتن، شنا کردن، پمپاژ کردن یا گرفتن اجسام هستند. اما مشکل اینجاست که برای هر ربات طراحی منحصر بهفردی لازم است و تا به حال الگوی کلی و مؤثری برای استفاده از ماهیچهها در ساختارهای رباتیک وجود نداشته است.
حالا تیمی از مهندسان MIT موفق به طراحی نوعی «فنر» یا قطعهای انعطافپذیر شبیه به اسکلت شدهاند که میتوان آن را بهعنوان یک ماژول پایه در رباتهایی که از ماهیچههای زنده استفاده میکنند، به کار برد. این قطعه که «فلکچر» (flexure) نام دارد، مانند یک دستگاه پرس پا با وزنهی مناسب عمل میکند و امکان حداکثر انقباض طبیعی ماهیچه را فراهم میآورد.
آنها با قرار دادن یک حلقهی ماهیچهای روی این سازه (مانند کشی که دور دو پایه بسته شده باشد) توانستند حرکت پیوسته، قابل پیشبینی و پنج برابر مؤثرتر از طراحیهای قبلی ایجاد کنند. این فنرها میتوانند مانند بلوکهای ساختمانی در کنار هم قرار گیرند و اسکلتهایی برای انواع رباتهای زیستی-ترکیبی بسازند. سپس میتوان به این اسکلتها بافتهای ماهیچهای را متصل کرد تا بتوانند حرکت مورد نظر را انجام دهند.
دکتر ریتو رامان، استاد مهندسی MIT، میگوید: «این فلکچرها مانند اسکلتهایی هستند که اکنون میتوانند انقباض ماهیچه را به حرکات چندجهته و دقیق تبدیل کنند. ما در حال ارائه مجموعهای از قواعد جدید برای ساخت رباتهای عضلانی قدرتمند، دقیق و کاربردی هستیم.»
عضلهی زنده در شرایط آزمایشگاهی وقتی در مایع رشد رها شود، به شکل تصادفی منقبض و منبسط میشود و این حرکات قابل کنترل نیستند. برای قابل استفاده کردن آن در رباتها، باید این نیرو را در جهت خاصی هدایت کرد. به همین دلیل، تیم تحقیقاتی MIT از طراحیهای دقیق آزمایشگاه ساخت استاد کالپپر در MIT بهره گرفتند که تخصص آنها طراحی اجزای دقیق مکانیکی مثل فلکچرهاست؛ قطعاتی با تیرهای موازی که میتوانند به دقت در یک جهت خاص کشیده شوند و در بقیه جهات سفت باقی بمانند.
فلکچر طراحیشده توسط تیم، صد برابر نرمتر از بافت ماهیچهای است. ساختار آن شبیه یک آکاردئون کوچک است و در گوشههای آن دو پایه تعبیه شدهاند که با قرار دادن نوار عضلانی (ساختهشده از سلولهای عضلانی موش) بین آنها، هنگام انقباض ماهیچه، پایهها به یکدیگر نزدیک میشوند. در آزمایشها مشخص شد که این طراحی میتواند حرکت تولیدشده توسط ماهیچه را تا پنج برابر نسبت به مدلهای قبلی افزایش دهد.
رامان میگوید: «فلکچری که طراحی کردیم فقط در یک جهت نرم و انعطافپذیر است و در سایر جهات سفت باقی میماند. بنابراین وقتی ماهیچه منقبض میشود، تمام نیروی آن به حرکت در همان جهت اختصاص مییابد. این یک بزرگنمایی فوقالعاده از حرکت ماهیچه است.»
این سازه نه تنها برای تولید حرکت کاربرد دارد، بلکه میتوان از آن برای اندازهگیری دقیق عملکرد و استقامت ماهیچهها نیز استفاده کرد. مثلاً آنها دریافتند با افزایش فرکانس انقباض، ماهیچهها زودتر خسته میشوند و قدرت کمتری تولید میکنند.
رامان میگوید: «بررسی اینکه عضلات چقدر سریع خسته میشوند و چگونه میتوان آنها را تمرین داد تا پاسخ با استقامتتری داشته باشند، چیزی است که با این پلتفرم قابل بررسی است.»
در ادامه، تیم تحقیقاتی قصد دارد با ترکیب فلکچرها، رباتهای دقیقتری بسازد که توسط عضلات طبیعی به حرکت دربیایند. هدف نهایی، ساخت رباتهای بسیار کوچکی است که بتوانند درون بدن انسان برای انجام جراحیهای کمتهاجمی فعالیت کنند.
منبع: کلیک کنید
