روبوت هيدروجيل بيوني مدفوع عبر شبكات مويّري فائق مع وظائف متعددة قابلة للبرمجة

روبوتات لينة تضغط حيث لا يستطيع البشر الوصول

تتعرض العديد من أجزاء تقنيتنا المخفية، من المحولات الكهربائية إلى أنابيب المصانع، للاحترار المفرط قبل أن يلاحظه أحد. فحص هذه المساحات الضيقة والمعقدة صعب على الآلات الصلبة ومستحيل على البشر. تقدم هذه الدراسة روبوتًا صغيرًا طري الملمس مصنوعًا من جِل غني بالماء يتحرك ويستشعر بواسطة الضوء، مثل مخلوق بحري حذر يستكشف مرجانًا بأطرافه. يمكن لمثل هذه الآلات أن تجوب يومًا ما الأماكن التي يصعب الوصول إليها، باحثة بهدوء عن بؤر ساخنة خطرة قبل أن تتحول إلى أعطال.

أنموذج التصميم: زهرة بحرية

استلهم الباحثون تصميمهم من زهور البحر (الشقائقيات)، التي تثبت نفسها وتهز مجساتها لاستطلاع المحيط. روبوتهم، المُسَمَّى روبوت هيدروجيل شبيه بالشقائق البحرية ويوجهه الضوء، يمتلك قاعدة لينة وعددًا من المجسات الشاهقة. يتكون الجسم كله من هيدروجيل حساس للحرارة، مادة هلامية تنكمش عند التسخين وتنتفخ عند التبريد. باستخدام ألوان ضوئية مختلفة على أجزاء متباينة من الروبوت، يستطيع الفريق جعل القاعدة تزحف والمجسات تنحني، مما يتيح للجهاز الحركة و"الشعور" ببيئته دون مفاصل صلبة أو محركات تقليدية.

مادة ذكية مخفية داخل الجل

في قلب هذا الروبوت توجد طبقة رقيقة كالفِيلم وجسيمات دقيقة من مادة مكدسة خاصة مصنوعة من الفسفور الأسود وثنائي كبريتيد التنجستن. عندما توضع هاتان البلورتان فائقتا النحافة فوق بعضهما مع انزياح طفيف، تشكّلان نمطًا متكررًا يُعرف بشبكة مويّري الفائقة. يغير هذا النمط سلوك الإلكترونات والاهتزازات داخل المادة، مما يجعلها فعالة بشكل خاص في امتصاص الضوء في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة وتحويل تلك الطاقة إلى حرارة وتيار كهربائي. أظهرت الاختبارات أن مادة المويّري تسخن بسرعة وكفاءة تحت أطوال موجية معينة وتولّد إشارات كهربائية قوية عند تسليط الضوء عليها، متفوقة بذلك على كل مكون بمفرده.

حركة تعمل بالضوء واستشعار الحرارة دون لمس

دمج الفريق مادة المويّري عبر قاعدة الروبوت وغطى سطح كل مجس بها. عند تسليط ضوء أحمر على جانب واحد من القاعدة، يسخن ذلك الجزء قليلًا، مما يجعل الجل هناك ينكمش وينحني. ومع تشغيل وإيقاف الضوء يتكرر هذا الانحناء والاسترخاء، وحركة الاحتكاك مع السطح أدناه تحول الدورة إلى زحف بطيء يشبه دودة الإنشورم. تضبط كثافات الضوء وسرعات التهشيم معدل حركة الروبوت. تتصرف المجسات بشكل مختلف: عندما تتعرض لأشعة تحت حمراء قريبة، مماثلة لتلك الصادرة عن مكوّن ساخن جدًا، تنقبض للأسفل. تجلب هذه الحركة الطرف المغطى بطلاء المويّري ليلامس قطبًا كهربائيًا دقيقًا، مغلقة بذلك مسارًا كهربائيًا حتى يمكن قياس التيار المولَّد بالضوء خارج الروبوت.

مطاردة البؤر الساخنة داخل معدات ضيقة

لإظهار أهمية ذلك في العالم الحقيقي، وضع الباحثون روبوتهم اللين داخل أنبوب بلاستيكي منحني يمثل أنبوب محول مملوء بالزيت. عبر تحريك القاعدة بضوء أحمر غير ضار، وجهوا الروبوت على طول الأنبوب. عندما مر أحد المجسات بموقع ساخن صناعيًا، حفّزت إشعاعات تحت الحمراء القريبة انحناءه ولمسه للقطب، مرسلة نبضة كهربائية واضحة. استطاع الروبوت التمييز بين المناطق العادية والمناطق الساخنة على مسافة عملية، كل ذلك بينما تحمل دورات التدفئة والتبريد المتكررة بأداء متناقص طفيف فقط. وبفضل طيبته ومرونته الضيقة، يمكنه الانزلاق عبر الانحناءات والممرات الضيقة التي تعيق أدوات الفحص الصلبة.

وصفة عامة لآلات لينة مستقبلية

خارج هذا الجهاز الفردي، يحدد المؤلفون استراتيجية تصميم أوسع: اعتبر الروبوت الطري مجموعة من الوحدات — جزء دفع يحول الضوء إلى حركة، جزء استشعار يحول الضوء أو الحرارة إلى إشارات، وجسم جل مرن يربط كل شيء. عبر اختيار مواد ثنائية الأبعاد المكدسة المختلفة وضبط أنماط المويّري فيها، يمكن للمهندسين تبديل وحدات تستجيب لألوان ضوئية أخرى أو لمؤشرات بيئية مختلفة، مثل المواد الكيميائية أو العلامات البيولوجية. ببساطة، تُظهر الدراسة كيفية بناء آلات لينة تُتحكم بالضوء وتستطيع الحركة والإحساس باستخدام نفس المادة المدمجة، فاتحة طريقًا نحو روبوتات لطيفة وذكية تراقب زوايا مخفية من عالمنا الهندسي.

الاستشهاد: Zhang, L., Zhang, Y., Li, X. et al. Moiré superlattice-driven bionic hydrogel robot with programmable multifunctionality. Nat Commun 17, 2889 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69611-w

الكلمات المفتاحية: الروبوتات اللينة, روبوت هيدروجيل, مواد مويّري, استشعار بالأشعة تحت الحمراء, كشف السخونة الزائدة