طور باحثون مستشعرًا يمنح الروبوتات جلدًا شبيهًا بالبشر يمكّنها من التقاط الأشياء الهشة والتعامل معها دون سحقها.

وتمثل هذه الخطوة تقدمًا كبيرًا في مجال الروبوتات التي تحسنت قدراتها على الرؤية والحركة، لكن حاسة اللمس ظلت متأخرة.

ويكشف المستشعر الضغط الخفيف للغاية، ويستجيب بسرعة، ويحافظ على أدائه بعد استخدام متكرر، وفق دراسة نُشرت في دورية "نانو-مايكرو ليترز".

سرعة استجابة مستشعرات الروبوت الجديدة

ركّب الباحثون في جامعة بنسلفانيا مستشعرات بحجم مشبك الورق على يد روبوتية، ورسمت خريطة للضغط على أطراف الأصابع بسرعة كافية لاكتشاف اللمس قبل أن تتحول القبضة الخفيفة إلى ضغط قوي يؤدي إلى سحق الشيء الممسوك.

وأظهر هوانيو "لاري" تشنغ، الأستاذ المشارك في قسم علوم وهندسة الميكانيكا بجامعة ولاية بنسلفانيا، أن تلك الإشارات الحية يمكن أن تحول الجلد الاصطناعي إلى نظام تحكم للمس الروبوتي الآمن.

وقاس كل مستشعر نحو 0.3 بوصة، ودعم نحو ثلاث أونصات، واستجاب في ما يزيد قليلاً على 100 مللي ثانية قبل أن يتعافى في 40 مللي ثانية.

بنية مستشعر الغرافين الهوائي

ويحتوي الجهاز على هلام غرافين هوائي، وهو مادة كربونية مسامية مصنوعة من صفائح غرافين مترابطة، وخلال التصنيع يتشكل الجليد في اتجاه واحد، وعندما يذوب يترك وراءه مسامات مستقيمة داخل المادة، ما يسمح للضغط بإنتاج تغييرات كهربائية أوضح. 

ويحافظ غشاء بلاستيكي رقيق أسفله وطبقة سيليكون ناعمة فوقه على مرونة المستشعر مع تثبيت اتصالاته الكهربائية.

وتمنح هذه البنية المستشعر ميزته الأساسية، إذ ينحني بسهولة تحت الضغط الخفيف لكنه يقاوم الانهيار تحت الأحمال الأثقل. 

ويصف المهندسون هذا السلوك بأنه "غير متجانس"، أي إنه يستجيب بطريقة مختلفة حسب الاتجاه.

شبكة المستشعرات وتحويلها إلى جلد اصطناعي

وعندما يتم ترتيب المستشعرات في شبكة مكونة من 4×4، فإنها لا تعمل كحساسات منفصلة بعد ذلك، بل تبدأ في التصرف مثل الجلد الحقيقي. 

ويترجم المتحكم الدقيق -وهو جهاز كمبيوتر صغير مخصص لهذه المهمة- كل تغيير في الضغط إلى خريطة رقمية مباشرة، تعرض توزيع الضغط لحظة بلحظة، ما يسمح للنظام بتتبع أنماط الحركة بدقة، بل ويمكن استخدامها للتحكم في الروبوت بحيث يستجيب لحركة الإنسان ولمسه بطريقة طبيعية وآمنة.

 يلتقط المستشعر موجات النبض وحركات المفاصل ونقرات الأصابع على جسم الإنسان، مع الحفاظ على أنماط إشارة واضحة، وعند وضعه على المعصم، يمكنه اكتشاف قمم نبض مميزة تكشف كيف يتحرك الضغط عبر الشرايين.