مخالب عالمية من المعدن السائل للمناولة اللطيفة والقابلة للتكيف عبر مقاييس متعددة

روبوت لين يتدفق مثل خلية حية

تخيّل يداً روبوتية تستطيع برفق التقاط بذرة هندباء، أو سمكة حية، أو حبة غبار، أو قطعة ثمرة ثقيلة، كلها بنفس الجهاز الصغير—وتقوم بذلك تحت الماء أو في الحمض أو في الهواء الطلق. تقدم هذه الدراسة بالضبط ذلك: «مخلب عالمي» مصنوع من معدن سائل يتدفّق ويعاد تشكيله مثل الأميبا، ما يسمح للآلات بالتعامل مع أشياء هشة أو صغيرة جداً أو ذات أشكال غريبة لا تستطيع الروبوتات الحالية الإمساك بها.

لماذا الإمساك اللطيف صعب للغاية

الأيادي الروبوتية التقليدية ممتازة في التقاط عناصر صلبة ومنتظمة، مثل الصناديق أو الأدوات، لكنها تواجه صعوبة مع الأهداف الرقيقة أو الناعمة أو المجهرية. الأيادي متعددة الأصابع قد تسحق الأجسام الهشة أو تفشل في الإمساك بالأشياء الصغيرة. المخالب التي تغلف الأشياء بأكياس ناعمة أو تستخدم حبيبات تتجمد معاً يمكنها التكيف مع الشكل، لكنها غالباً ما تحتاج إلى مضخات أو مسخنات ضخمة ولا تستطيع دائماً الإمساك بكائنات سريعة الحركة أو قطع صغيرة جداً بأمان. الأدوات المعتمدة على اللصق تستطيع رفع رقائق مجهرية أو ألياف، لكنها تواجه صعوبة في الإفلات بحسب الطلب. عبر المصانع والمختبرات والبحث الحيوي، يترك هذا فجوة كبيرة: كيف تمسك ثم تطلق نظيفاً كل شيء من الكائنات الحية إلى الأجهزة الدقيقة، عبر نطاق هائل من الأحجام وفي بيئات مختلفة جداً.

اقتراض خدعة من الأميبا

تحل الأميبا، كائنات وحيدة الخلية، هذه المشكلة بجسم يتصرف كسائل شديد النعومة. تتدفق حول الفريسة، وتحتويها، ثم تضغطها لاحقاً. يحاكي الباحثون هذه الاستراتيجية باستخدام قطرات من معدن سائل قائم على الغاليوم مخلوط بجسيمات حديدية دقيقة. عند درجة حرارة الغرفة تبقى هذه المعادن سائلة، ومع ذلك يمكنها تغيير قوة توتر سطحها بشكل كبير عند تطبيق فولتية صغيرة. في المخلب العالمي من المعدن السائل، تجلس القطرات داخل تجويف مطبوع ثلاثي الأبعاد ناعم، في تماس مع طبقة رقيقة من محلول مالح. عند تطبيق إشارة كهربائية، يتلاشى توتر سطح المعدن تقريباً فينتشر ويغلف أي جسم قريب—سواء كان خرزة زجاجية، أو صدفة ملتوية، أو دودة حية—في السوائل والهواء على حد سواء.

من التدفق اللين إلى الإمساك القوي

لتحويل هذه القطرة المتدفقة إلى يد متماسكة، يستخدم الجهاز المغناطيسية. لأن المعدن يحتوي على جسيمات حديد، يؤدي تشغيل لولب كهرومغناطيسي تحت التجويف إلى جعل السائل يتصرف أكثر كصلابة لينة. ثم يتشابك المعدن الملفوف مع سطح الجسم، مانحاً إياه قوة مفاجئة. يستطيع المخلب حمل أشياء تزن حتى نحو 200 غرام—مثل الفلفل الحلو أو البرتقال أو البروكلي—مع الاستمرار في العمل على مقاييس المليمتر. الإصدارات الأصغر فعالة بشكل خاص، إذ تدعم حمولات تزيد عن ألف مرة من كتلة المعدن السائل الذي تحتويه. وفي الوقت نفسه، يمكن الحفاظ على ضغط التلامس منخفضاً حتى نحو 10 باسكال، أقل بكثير مما يضر التوفو أو الطحالب الهلامية أو العديد من الحيوانات الصغيرة، مما يجعلها لطيفة جداً.

الإفلات بسرعة البرق

إطلاق الأجسام الصغيرة أصعب غالباً من التقاطها، لأن قوى غير مرئية مثل الالتصاق وتوتر السطح تجعلها تلتصق. هنا، يقدم نفس المعدن السائل حلاً مدمجاً. عن طريق تغيير الإشارة الكهربائية، يعود توتر سطح المعدن إلى قيمة عالية جداً. تنكمش القطرة، تماماً مثل شريط مطاطي مشدود يترك فجأة، مطرحة ما كانت تمسكه. تُظهر التجارب أن شعرة بشرية أو جسيمات مجهرية يمكن قذفها في غضون آلاف الأجزاء من الثانية، محدثة تسارعات تصل إلى نحو 42 ضعف جاذبية الأرض—أسرع من أي مخلب أُبلغ عنه سابقاً. والأهم أن الباحثين يستطيعون ضبط سرعة الإفلات بتعديل الفولتية، موازنة القوة مع السلامة عند التعامل مع عينات هشة بشكل خاص.

التعامل مع الحياة دون ضرر

لاختبار ما إذا كانت هذه الحركات الدراماتيكية آمنة للأنسجة الحية، استخدم الفريق المخلب لنقل أجنة زيبرا في مراحلها المبكرة—كرات صغيرة حساسة تُستخدم كثيراً في مختبرات البيولوجيا. مقارنةً بماصة قياسية، عملت أداة المعدن السائل بسرعة أكبر وبنسبة نجاح أعلى، ومع ذلك لم تظهر الأجنة علامات إضافية على الإجهاد أو تشوهات أو ضعف في الحركة أثناء تطورها. كما أمسك المخلب صراصير سريعة الحركة ودودات أرضية تتحرك وسمكات صغيرة زلقة من دون ضرر ظاهر، مما يوحي باستخدامات مستقبلية في علم البيئة وتربية الأحياء المائية والبحث الطبي الحيوي حيث تكون المناولة الدقيقة واللطيفة ضرورية.

نوع جديد من اللمسة الروبوتية العالمية

تُظهر الدراسة أنه بالتحكم في كيفية تدفق قطرة معدن سائل وتصلبها وانكماشها، يمكن لجهاز واحد أن يمسك ويطلق بنشاط أشياء تتراوح أوزانها عبر نحو 14 رتبة من الحجم، من خرز مجهرية إلى منتجات يومية، وأن يفعل ذلك في الهواء أو ماء البحر أو محاليل قلوية أو حمضية. للقراء غير المتخصصين، الرسالة الأساسية هي أن الروبوتات لم تعد بحاجة إلى أيادٍ مختلفة لكل مهمة: يمكن لمخلب واحد يشبه الأميبا من المعدن السائل أن يمكّن الآلات من التفاعل بأمان مع كل شيء من الخلايا الحية إلى إلكترونيات هشة، جالباً لمسة أكثر تكيفاً ولطفاً ودقة للصناعة والطب.

الاستشهاد: Chen, X., Zhang, M., Cao, L. et al. Liquid metal universal grippers for gentle, adaptable, multiscale manipulation. Nat Commun 17, 3548 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70313-6

الكلمات المفتاحية: الروبوتات اللينة, المعدن السائل, مخلب عالمي, المناولة على المقياس المجهري, المعالجة الطبية الحيوية