גּוּף רובוטי ביוני עם משתנות קשיחות בזכות טנסגריטי ברמה דומה לזו של פיל לסיוע בחיי היומיום

מדוע גּוּף רובוטי חשוב לחיי היומיום

דמיינו שיש לכם זרוע נוספת שיכולה להיות עדינה מספיק כדי למסור לכם שלט טלוויזיה ללא שפיכת כוס, ובאותו הזמן חזקה דיה להרים קופסה כבדה ממדף. המחקר הזה מציג "גּוּף" רובוטי בהשראת הפילים, שיכול לעבור במהירות בין מצב רך וגמיש למצב קשיח וחזק. הוא מותקן על כסא גלגלים ומבוקש דרך ממשק פשוט, ומתוכנן לסייע לאנשים עם מגבלות ניידות לבצע משימות יומיומיות בבית ובמקומות ציבוריים.

למידה מאף הפיל

הגּוּפים של פילים הם כלי-רב ביולוגי: הם יכולים לקלף בננה בלי למחוץ אותה ובו־בזמן להרים משאות כבדים יותר ממה שאנשים רבים יכולים להרים. הם משיגים זאת על ידי התאמת הקשיחות של השרירים בצורה מתמשכת — כיווץ קבוצות שרירים יחד כאשר נדרשת כוח והרפיה בתנועות עדינות. מהנדסים ניסו לאורך זמן לחקות את הזריזות הזו באמצעות מבנים ממולאים אוויר, מנגנוני נעילה או חומרים מיוחדים שמתקשחים ומתרככים עם טמפרטורה. אך עיצובים רובוטיים קודמים בדרך כלל הציעו רק כמה מצבי קשיחות קבועים, דרשו משאבות מגושמות או היו איטיים מדי להגיב בזמן אמת.

שלד גמיש של כבלים וקפיצים

החוקרים בנו סוג חדש של גּוּף רובוטי באמצעות שלד "טנסגריטי" — תיל של מוטות קשיחים שמוחזקים יחד ברשת כבלים וקפיצים במתח. הגּוּף, שאורכו מעט פחות מטר ומשקלו כחצי קילוגרם עד קילוגרם אחד, מחולק לקטעים המחוברים בקפיצים המסודרים בתבונה. על ידי ומתיחת או שחרור שישה כבלים פנימיים באמצעות מנועי חשמל, הצוות מסוגל לכופף את הגּוּף לעקומות חלקות או לקצר ולהישר אותו. כאשר כבלים מסוימים נמשכים בעוד אחרים משוחררים, הגּוּף נעשה רך ונמלטי, מסוגל להתפתל סביב מכשולים. כאשר כל הכבלים נמשכים יחד, המבנה מתכווץ, הקפיצים נמתחים ומאחסנים אנרגיה אלסטית, והגּוּף נעשה קשיח בהרבה.

מגע עדין ועד הרמה כבדה

באמצעות ניסויים קפדניים ותיאום מחשב, הראו החוקרים שהגּוּף יכול לשנות את קשיחות הכיפוף ביותר מסדרי גודל — ממצב גמיש מאוד למצב קשיח מאוד — ולעשות זאת בכ־שנייה. מדידות פנימיות חשפו שקפיצים מסוימים נמתחים כמה פעמים מאורכם ההתחלתי במהלך ההתכווצות, דבר שמגדיל במידה ניכרת את האנרגיה המאוחסנת וכך את הקשיחות הכוללת. במבחנים מעשיים יכול הגּוּף להתכופף סביב מרחבים צרים כדי להגיע למטרה ואז להתקשח כדי לנקב בלון בדיוק בעזרת מחט קטנה. הוא גם הרים חפצים החל מביצים שבירות ועד כלים כבדים וחבילות משקאות כשהוא שומר על קצהו מאוזן, פשוט על ידי שינוי עוצמת משיכת הכבלים.

תגובה בזמן אמת לעולם

מאחר שניתן להחליף קשיחות במהירות ובחזרה רב־פעמים, הרובוט יכול להגיב למצבים משתנים. בהדגמה אחת החזיק הגּוּף ביצה בזמן שבקבוק מים הושלך עליה. כאשר הגּוּף היה רך הוא עוות בקלות והביצה נשברה. כשהמערכת החליפה את הגּוּף למצב קשיח, הוא ספג את ההשפעה ללא שבירת הביצה. במבחן אחר תמך הגּוּף בבקבוק שנמלא לאט במים; כשהמשקל עלה הרובוט התקצר והתקשה אוטומטית כדי לשמור על הבקבוק יציב ומאוזן. דוגמאות אלה מראות כיצד גּוּף עם קשיחות משתנה יכול לתפקד גם כמניפולטור עדין וגם כמבנה מגן במקרים של מכות או זעזועים בלתי צפויים.

סיוע לאנשים בסביבות יומיומיות

כדי לבחון שימוש במציאות, החוקרים התקינו את הגּוּף הרובוטי על כסא גלגלים חשמלי והוסיפו מצלמה, לכידה רכה ולוח בקרה פשוט. משתמש מנווט את הכסא באמצעות ג'ויסטיק אחד ומכוון את הגּוּף באמצעות ג'ויסטיק נוסף, כאשר מסך מציג את תצוגת המצלמה. עם מהלכים מוגדרים מראש ותיקוני יד עדינים, גם מתנדב בריא וגם אדם לאחר שבץ השתמשו במערכת לבצע משימות יומיומיות: פתיחת ארונות, הנחת ספרים על מדפים גבוהים, טעינת כביסה למכונה, השלכת אשפה ואיסוף אוכל ומשקאות בחנויות ובמסעדות. באמצעות החלקת בקרת קשיחות יכולים המשתמשים להנמיך את קשיחות הגּוּף בעת עבודה במרחבים צרים או בטיפול בחפצים קלים, ולהגביר אותה כשנושאים מטענים כבדים או נדרשת הנחת מטרה מדויקת.

מה משמעות הדבר לעתיד

העבודה הזאת מראה ששלד כבלים‑וקפיצים בהשראת אף הפיל יכול להתאים לטווח הקשיחויות הרחב של בעל החיים ולעבור במהירות בין מצבים, תוך שהיה קל ודחוס מספיק כדי להיות מותקן על כסא גלגלים. היכולת לעבור בצורה חלקה מתנועה עדינה וציותת לעומסים ועד לתמיכה חזקה לנשיאת משקלים הופכת את הגּוּף למבטיח במיוחד לטכנולוגיות מסייעות, שבהן בטיחות וגמישות קריטיות. למרות שעדיין יש צורך בשיפור עמידות לטווח ארוך ובחיישנות חכמה יותר, המחקר מצביע לכיוון עתיד שבו אנשים עם מוגבלות ניידות יוכלו להסתמך על עוזרים רובוטיים בעלי תגובה גבוהה להרחבת טווח ההגעה והעצמאות שלהם בחיי היומיום.

ציטוט: 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

מילות מפתח: רובוטיקה רכה, טכנולוגיות מסייעות, קשיחות משתנה, טנסגריטי, רובוטיקה לכסאות גלגלים