سمكة "يوم القيامة" في أعماق البحار تلهم تصميم غواصة صامتة

يكرس الأستاذ روب شبرد (Rob Shepherd)، أستاذ الهندسة في جامعة كورنيل، جهوده لتصميم روبوت كبير وصامت تحت الماء لمراقبة صحة المحيطات دون إزعاج الحياة البحرية. وقد استلهم تصميمه من سمكة الأوباه (Oarfish) النادرة في أعماق البحار، نظرًا لآلية حركتها الفريدة. ويهدف البحث إلى فهم كيفية سباحة هذا النوع، الذي يُعد أطول الأسماك العظمية في العالم. وتخلق تقنية الدفع المحاكية للبيئة تدفقًا طبقيًا سلسًا، مما يجعل رسم الخرائط تحت الماء والمراقبة طويلة الأمد للحياة البحرية ممكنة.

تدوي أصوات المروحة البحرية تحت الماء، فتفر الأسماك هربًا. ولإنشاء منصة مراقبة بحرية سرية لمكتب البحوث البحرية، احتاج الأستاذ شبرد إلى نظام دفع لا يخيف الحياة البحرية. وجاء إلهامه من سمكة الأوباه الشريطية الغامضة، التي يمكن أن يصل طولها إلى 26 قدمًا، وتعرف أيضًا باسم "سمكة يوم القيامة". فبينما تسبح معظم الكائنات البحرية الطويلة مثل ثعبان البحر عن طريق ثني أجسامها بالكامل، تظل سمكة الأوباه شبه ثابتة تمامًا. فهي تعتمد كليًا على زعنفة ظهرية مستمرة للتحرك للأمام والخلف بصمت.

آلية الحركة الفريدة لسمكة الأوباه

أشار شبرد قائلًا: "إذا كنت تسبح في بحيرة كايوجا (Cayuga Lake) في الصيف، سيكون مرور القوارب صاخبًا جدًا". وأضاف: "إن اتباع نهج أكثر محاكاة للبيئة يمكن أن يجعل التفاعل مع الأسماك أكثر انسجامًا". ولفهم كيفية تحقيق هذا الكائن لهذه الحركة البهلوانية، تعاون شبرد مع عالم الأسماك المتقاعد في جامعة كورنيل، ويلي بيميس (Willy Bemis). ونظرًا لأن جسم سمكة الأوباه عادة ما يتحلل إلى أجزاء هشة بعد الموت، فإن دراستها في حالة كاملة صعبة للغاية. واستخدم فريق البحث التصوير المقطعي المحوسب، وأشعة إكس من مؤسسة سميثسونيان (Smithsonian Institution)، والتشريح التفصيلي، لتحليل آلية الزعنفة الظهرية الطويلة لهذا النوع.

اكتشفوا أن جلد هذا الكائن يخفي محركًا طبيعيًا مذهلاً. فمئات من أشعة الزعنفة الشبيهة بالعظام تقع على مفاصل متخصصة من نوع الكرة والمقبس، تعمل على طول ظهرها، وتشبه "عصي التحكم" المصغرة. وتزود عضلات وغضاريف متخصصة كل شعاع من أشعة الزعنفة بالطاقة، مما يمنح كل جزء حرية دوران تبلغ 360 درجة. ويمكن للغشاء الرابط إرسال موجات دفع في اتجاهين متعاكسين في آن واحد. وتمنح آلية الحركة الفريدة هذه سمكة الأوباه قدرة تحكم دقيقة للغاية، مما يتيح لها تعديل سرعتها واتجاهها فورًا، دون الحاجة إلى ثني وضعية جسمها.

التطبيقات العملية للتقنية المحاكية للبيئة

قال بيميس: "يمكنها تغيير نمط أشعة زعنفتها الظهرية باستمرار، وبسرعة كبيرة جدًا". وعلى الرغم من أن السباحة بالزعانف الشريطية تطورت بشكل مستقل حوالي عشر مرات في الأسماك العظمية، إلا أن هذا هو أول بحث يسجل أشعة الزعنفة الدوارة الشبيهة بعصا التحكم في هذا النوع. ويحول المهندسون الآن هذه المخططات البيولوجية من الورق إلى تطبيقات عملية. ومن خلال محاكاة التحكم في السوائل لسمكة الأوباه، يخطط فريق شبرد لبناء أجهزة مراقبة آلية كبيرة وصامتة، قادرة على مراقبة الحياة البرية في النظم البيئية البحرية دون إزعاجها.

توفر الطبيعة ملايين السنين من الاختبارات التطورية، مما يمنح الروبوتات تصميمات ميكانيكية مختبرة في أرض الواقع، ودفعًا عالي الكفاءة في استهلاك الطاقة، وسلوكيات تكيفية. وقد صمم الباحثون في الماضي مجموعة متنوعة من الروبوتات المحاكية للبيئة. فالأبراص قادرة على تسلق الأسطح الرأسية الملساء دون مواد لاصقة أو أكواب شفط، بفضل الشعر المجهري على أقدامها المسمى "الزغيبات" (setae). وتولد هذه الهياكل الدقيقة قوى فان دير فالس (van der Waals) على المستوى الجزيئي، مما يلصق وسادات الأقدام بالأسطح المحيطة. وطبق باحثو الروبوتات في جامعة ستانفورد (Stanford) هذا المفهوم لبناء "ستيكي بوت" (Stickybot)، وهو روبوت تسلق تُصمم وسادات أقدامه الاصطناعية على غرار أصابع الأبراص.

تتيح مواد متخصصة لملاقط الروبوتات الالتصاق بثبات على الزجاج، والألواح الملساء، ومعدات الفضاء، دون ترك بقايا كيميائية لزجة.

نُشر هذا البحث الجديد في مجلة "إكثيولوجي آند هيربيتولوجي" (Ichthyology & Herpetology).

كائنات أعماق البحار تلهم تقنية المراقبة الصامتة

توفر آلية حركة سمكة الأوباه في أعماق البحار رؤى مهمة لتصميم الغواصات الصامتة. فحركة زعنفة الظهر لهذا النوع تتيح تحكمًا دقيقًا دون إزعاج الحياة البحرية، وهو أمر بالغ الأهمية لمراقبة النظم البيئية البحرية. ومع تزايد اهتمام البشرية بالبيئة البحرية، سيساعد تطوير روبوتات تحت الماء لا تؤثر على الحياة البحرية في فهم أفضل وحماية النظم البيئية البحرية. ولا يُظهر هذا البحث حكمة الطبيعة فحسب، بل يوفر أيضًا اتجاهات جديدة لتطوير تقنية الروبوتات في المستقبل.