جذع آلي بيوني بصلابة متغيرة قابلة للمقارنة بفيل بفضل التنسج الشدّي، مخصص للمساعدة في الحياة اليومية

لماذا يهم وجود جذع آلي في الحياة اليومية

تخيل أن لديك ذراعًا إضافية يمكن أن تكون لطيفة بما يكفي لتسلمك جهاز التحكم بالتلفاز دون أن تطيح بكوب، لكنها أيضًا قوية بما يكفي لرفع صندوق ثقيل من رف. تقدم هذه الدراسة "جذعًا" آليًا مستوحى من الأفيال يمكنه التبديل بسرعة بين الطراوة والمرونة أو الصلابة والقوة. مُركب على كرسي متحرك ويتم التحكم فيه عبر واجهة بسيطة، وهو مصمم لمساعدة الأشخاص ذوي الحركة المحدودة على أداء المهام اليومية في المنزل والأماكن العامة.

التعلم من خرطوم الفيل

جذوع الأفيال أدوات بيولوجية متعددة الاستخدامات: يمكنها تقشير موزة دون سحقها وأيضًا رفع أحمال أثقل مما يقدر عليه كثير من الناس. وتقوم بذلك من خلال تعديل مدى الصلابة أو الطراوة لعضلاتها باستمرار، بحيث تشد مجموعات العضلات معًا عندما يلزم القوة وتسترخي للحركات الحساسة. حاول المهندسون منذ زمن تقليد هذه الحيلة باستخدام هياكل مملوءة بالهواء، أو آليات قفل، أو مواد خاصة تصلب وتلين بالحرارة. لكن تصميمات الروبوتات السابقة عادة ما قدمت فقط عددًا قليلاً من إعدادات الصلابة الثابتة، أو تطلبت مضخات ضخمة، أو تغيرت ببطء شديد لتستجيب في الوقت الحقيقي.

هيكل مرن من كابلات ونوابض

بنَى الباحثون نوعًا جديدًا من الجذع الآلي باستخدام هيكل "تنسج شدّي"—شبكة من القضبان الصلبة مُربوطة بشبكة من الكابلات والنوابض المشدودة. الجذع، الذي يبلغ طوله أقل من متر ووزنه حوالي كيلوغرام واحد، مقسم إلى مقاطع متصلة بنوابض مرتبة بذكاء. من خلال سحب أو إفلات ستة كابلات داخلية بواسطة محركات كهربائية، يمكن للفريق ثني الجذع إلى منحنيات ناعمة أو تقصيره وتحييده. عندما تُسحب كابلات معينة بينما تُحرَّر أخرى يصبح الجذع طريًا وحريريًا قادرًا على الالتفاف حول العوائق. وعندما تسحب كل الكابلات معًا، يتقلص الهيكل، وتمتد النوابض وتخزن طاقة مرنة، فيصبح الجذع أكثر صلابة بكثير.

من لمسة لطيفة إلى رفع ثقيل

أظهرت التجارب الدقيقة والنمذجة الحاسوبية أن جذعهم يمكنه تغيير صلابة الانحناء بأكثر من مرتبة واحدة من الحجم، من مرن جدًا إلى صلب جدًا، وأن يقوم بذلك في حوالي ثانية واحدة. كشفت القياسات الداخلية أن بعض النوابض تمتد لعدة أضعاف طولها الابتدائي أثناء الانقباض، مما يزيد بشكل كبير الطاقة المخزنة وبالتالي الصلابة الكلية. في اختبارات عملية، استطاع الجذع الالتفاف حول مساحات ضيقة للوصول إلى هدف ثم أن يتصلب ليخترق بالونًا بدقة بإبرة صغيرة. كما رفع أشياء تتراوح من بيض هش إلى أدوات ثقيلة وعبوات مشروبات مع الحفاظ على مستوى طرفه، ببساطة عن طريق تعديل مدى شد الكابلات.

التفاعل مع العالم في الوقت الحقيقي

بما أن الصلابة يمكن تبديلها بسرعة وبشكل متكرر، يستطيع الروبوت الاستجابة للمواقف المتغيرة. في عرض واحد، حمل الجذع بيضة بينما تم إسقاط زجاجة ماء عليها. عندما كان الجذع طريًا، تشوه بسهولة وتشقق البيضة. عندما حوّل النظام الجذع أولًا إلى حالة صلبة، امتص الصدمة نفسها دون كسر البيضة. في اختبار آخر، دعم الجذع زجاجة تُملأ ببطء بالماء؛ ومع زيادة الوزن، قصر الروبوت نفسه وتصلب تلقائيًا للحفاظ على الزجاجة ثابتة ومسوّاة. توضح هذه الأمثلة كيف يمكن لجذع ذي صلابة متغيرة أن يعمل كأداة دقيقة ولطيفة وفي الوقت نفسه كهيكل واقٍ أثناء الصدمات أو الاصطدامات غير المتوقعة.

مساعدة الناس في البيئات اليومية

لاستكشاف الاستخدام في العالم الحقيقي، ركّب الباحثون الجذع الآلي على كرسي متحرك كهربائي وأضافوا كاميرا وممسكًا ناعمًا ولوحة تحكم بسيطة. يوجّه المستخدم الكرسي بذراع تحكم واحدة ويُسلّط الجذع بآخرى، بينما يعرض شاشة منظر الكاميرا. بالحركات المحفوظة والتعديل اليدوي الدقيق، استخدم كل من متطوع سليم وشخص بعد سكتة دماغية النظام لأداء مهام يومية: فتح أبواب الخزائن، وضع كتب على رفوف عالية، تحميل الغسيل في غسالة الملابس، رمي النفايات، واسترجاع الطعام والمشروبات في المتاجر والمطاعم. من خلال تحريك عنصر تحكم لتغيير الصلابة، كان بإمكان المستخدمين جعل الجذع طريًا عند العمل في أماكن ضيقة أو التعامل مع أشياء خفيفة، وصلبًا عند حمل أحمال أثقل أو الحاجة إلى وضع دقيق.

ماذا يعني هذا للمستقبل

تُظهر هذه الدراسة أن روبوتًا من كابلات ونوابض مستوحى من جذع الفيل يمكنه مضاهاة نطاق الصلابة الواسع والحولات السريعة للحيوان، مع كونه خفيفًا ومدمجًا بما يكفي ليُركّب على كرسي متحرك. تجعل القدرة على الانتقال بسلاسة من حركة مطواعة ومتجاوبة إلى دعم قوي حاملًا للأحمال الجذع واعدًا بشكل خاص لتقنيات المساعدة، حيث تكون السلامة والقدرة على التكيف أمرين حاسمين. وعلى الرغم من أن التحمل طويل الأمد والحساسات الأكثر ذكاءً ما يزالان بحاجة إلى تحسين، تشير الدراسة إلى مستقبل يمكن فيه للأشخاص ذوي الحركة المحدودة الاعتماد على مساعدين روبوتيين سريعي الاستجابة لتمديد مدى وصولهم واستقلاليتهم في الحياة اليومية.

الاستشهاد: Zhang, J., Yang, C., Yang, H. et al. A bionic robotic trunk with tensegrity-enabled elephant-comparable stiffness variability for assisted daily living. Nat Commun 17, 3545 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70380-9

الكلمات المفتاحية: الروبوتات اللينة, تكنولوجيا المساعدة, صلابة متغيرة, التنسج الشدّي, روبوتات الكراسي المتحركة