المصدر: جامعة كولومبيا

الفكرة الأساسية

قام الباحثون في مختبر علوم الكمبيوتر والذكاء الاصطناعي CSAIL التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتطوير GelPalm، وهو تصميم يدوي روبوتي جديد يعزز براعة ودقة الأيدي الآلية من خلال التركيز على راحة اليد* التي يتم تجاهلها غالبًا. يدمج هذا التصميم تقنيات الاستشعار المتقدمة والمواد المرنة لتحقيق المزيد من القدرات البشرية في القبضة والتحكم، مما يمثل تقدمًا كبيرًا في مجال الروبوتات.

تفاصيل القصة

في قفزة ملحوظة إلى الأمام بالنسبة للبراعة الروبوتية، قام الباحثون في مختبر علوم الكمبيوتر والذكاء الاصطناعي (CSAIL) التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) بتطوير GelPalm، وهو تصميم يد آلي ثوري يعيد تعريف دور راحة اليد* في تعزيز القبضة والدقة.

إعادة النظر في النخيل الروبوتية

كان التركيز التقليدي في تطوير اليد الآلية على تعزيز مهارة الأصابع. غير أن راحة اليد* تلعب دورًا حاسمًا في تنوع استخدامات اليد البشرية. التصميم الجديد لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، المفصل في ورقة بحثية على خادم arXiv المسبق للطباعة، يحول الانتباه إلى راحة اليد* التي غالبًا ما يتم تجاهلها. ويدمج هذا التصميم أجهزة استشعار متقدمة لتوفير لمسة حساسة للغاية، مما يمكّن الروبوتات من التعامل مع الأشياء بمستوى من الدقة والحساسية فيها محاكات لليد البشرية.

ميزة جلبالم (GelPalm)

يكمن الابتكار الأساسي لGelPalm في المستشعر المرن القائم على هلام* والمضمن داخل راحة اليد*. مستوحى من الطبيعة اليد البشرية الناعمة والقابلة للتشكل، يستخدم هذا المستشعر تقنية إضاءة ملونة متطورة. ومن خلال استخدام مصابيح LED باللون الأحمر والأخضر والأزرق لإضاءة جسم ما وكاميرا لالتقاط الانعكاسات، تقوم GelPalm بإنشاء نماذج سطحية مفصلة ثلاثية الأبعاد. تسمح هذه التقنية بتفاعلات روبوتية دقيقة، مما يعزز بشكل كبير قدرة الروبوت على الإمساك بالأشياء المختلفة و التحكم فيها.

تعزيز الأصابع الروبوتية: روميو ROMEO

تكمّل GelPalm أصابع ROMEO (الهيكل الداخلي المعياري الروبوتي RObotic Modular Endoskeleton Optical). تم تصميم هذه الأصابع بمواد مرنة وتتضمن تقنية استشعار مشابهة لراحة اليد*. تتميز الأصابع بـ "الامتثال السلبي*"، الذي يمكّن الروبوت من التكيف بشكل طبيعي مع القوى دون الحاجة إلى محركات إضافية أو آليات تحكم. تعمل هذه القدرة على التكيف على زيادة مساحة السطح عند ملامستها للأشياء، مما يسمح بقبضة أكثر أمانًا. تمثل أصابع ROMEO، التي تم تصنيعها عبر طباعة ثلاثية الأبعاد* فعالة من حيث التكلفة، قفزة كبيرة في تصميم اليد الآلية.

التطبيقات العملية والإمكانات المستقبلية

توفر البراعة المحسنة لـ GelPalm تفاعلًا أكثر أمانًا مع الأشياء، وهو أمر ذو قيمة خاصة للتطبيقات في مجال التعاون بين الإنسان والروبوت والأطراف الصناعية والاستخدامات الطبية الحيوية. من خلال الجمع بين الهياكل الصلبة والمواد المتوافقة القابلة للتشكل، يحقق GelPalm مستوى من القدرة على التكيف أقرب إلى الأيدي البشرية. يلغي هذا الأسلوب الحاجة إلى محركات أو آليات إضافية، مما يسمح لراحة اليد* بالتكيف تلقائيًا حول الأشياء.

اختبر الباحثون أداء الاستشعار عن طريق اللمس لتصميم GelPalm من خلال مقارنة أنظمة إضاءة LED باللونين الأزرق والأبيض. أنتج كِلا النظامين عمليات إعادة بناء لمسية ثلاثية الأبعاد عالية الجودة، لكن التجربة الحاسمة تضمنت فحص قدرة راحة اليد* على تغليف الأشياء والإمساك بها بثبات. أظهر التصميم المتوافق المزدوج، الذي يتميز بالامتثال الهيكلي والمادي، قدرًا أكبر من الثبات بشكل ملحوظ مقارنة بالتكوينات الأخرى.

التحديات والابتكارات

أحد التحديات الملحوظة هو دمج التكنولوجيا الحسية الكافية داخل راحة اليد* دون جعلها ضخمة أو شديدة التعقد. يؤدي استخدام أجهزة الاستشعار* اللمسية المعتمدة على الكاميرا إلى ظهور مشكلات تتعلق بالحجم والمرونة. قد تتضمن التطورات المستقبلية إنشاء مواد أكثر مرونة للمرايا وتعزيز تكامل أجهزة الاستشعار* للحفاظ على الأداء الوظيفي دون المساس بسهولة الاستخدام.

آراء الخبراء والاتجاهات المستقبلية

أشاد ماتي سيوكارلي، الأستاذ المشارك في جامعة كولومبيا، بهذا الابتكار، مشيرًا إلى قدرته على إحداث ثورة في الأيدي الآلية من خلال الجمع بين التعبير والاستشعار، وهي صفات غالبًا ما تفتقر إليها التصميمات الحالية. تتصور ساندرا ليو، المصممة الرئيسية لGelPalm، مستقبلًا حيث تمزج الأيدي الآلية المتقدمة بين العناصر الناعمة والصلبة مع حساسية اللمس*، من المحتمل أن يكون ذلك خلال السنوات الخمس إلى العشر القادمة.

تؤكد ليو على النمطية* وقابلية النقل في تصميماتها، بهدف جعل هذه التكنولوجيا في المتناول وفعالة من حيث التكلفة. ويشجع هذا الانفتاح على الابتكار والاستكشاف على نطاق أوسع، مما يعزز التقدم في هذا المجال.

يمثل GelPalm من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا خطوة كبيرة نحو المزيد من الأيدي الآلية الشبيهة بالبشرية. ومن خلال التركيز على راحة اليد* ودمج تقنيات الاستشعار المتقدمة، يعد هذا الابتكار بتعزيز قدرات الأنظمة الروبوتية في مختلف المجالات. ومع استمرار الباحثين في تحسين هذه التصاميم، أصبح حلم الأيدي الروبوتية شديدة البراعة والحساسية حقيقة ملموسة، مما يفتح إمكانيات جديدة للتفاعل بين الإنسان والروبوت وما هو أبعد من ذلك.

المصطلحات الأساسية

• • تصميم اليد الروبوتية: هندسة وبناء الأيدي الميكانيكية التي تحاكي حركات ووظائف الأيدي البشرية.
  • راحة اليد: السطح الداخلي لليد بين الرسغ والأصابع، وهو يلعب دوراً حاسماً في الإمساك بالأشياء والتعامل معها.
  • أجهزة الاستشعار: الأجهزة التي تكتشف التغيرات في البيئة وترسل المعلومات إلى الأجهزة الإلكترونية الأخرى. وفي هذا السياق، فإنها تساعد اليد الروبوتية على استشعار اللمس والضغط.
  • المستشعر القائم على الهلام: نوع من المستشعرات مصنوع من مادة هلامية مرنة يمكنها التشوه وكشف الضغط، ومحاكاة نعومة جلد الإنسان.
  • الامتثال السلبي: قدرة المكون الآلي على التكيف بشكل طبيعي مع القوى الخارجية دون الحاجة إلى محركات إضافية أو آليات تحكم.
  • النمطية: مبدأ التصميم المتمثل في إنشاء مكونات يمكن تجميعها أو إعادة تشكيلها أو استبدالها بسهولة، مما يسمح بالمرونة والتخصيص.
  • الطباعة ثلاثية الأبعاد: عملية تصنيع تقوم بإنشاء أشياء طبقة تلو الأخرى باستخدام النماذج الرقمية، وغالبًا ما تستخدم لإنشاء تصميمات معقدة ومخصصة.
  • حساسية اللمس: القدرة على اكتشاف اللمس والضغط والاستجابة لهما، وهي ميزة مهمة للتعامل الدقيق.