روبوت القفز أحادي الساق متعدد الوظائف يتجاوز قيود السير على الرمال والثلوج

قام مهندسون من جامعة تورنتو بتصميم وسادة قدم مرنة لروبوت قفز أحادي الساق، مما يمكنه من التعامل مع الرمال والثلوج وغيرها من التضاريس الصعبة. يُعرف هذا الروبوت باسم Hopcopter، وهو في جوهره طائرة مسيرة رباعية المراوح مثبتة على أرجل كبيرة مزودة بنوابض. يهدف فريق البحث إلى استخدامه في عمليات البحث والإنقاذ، وفحص البنى التحتية النائية، وحتى الاستكشاف بين الكواكب. تم نشر نتائج البحث ذات الصلة في مجلة "Advanced Intelligent Systems"، حيث كان الأستاذ Pakpong Chirarattananon من قسم الهندسة الميكانيكية والصناعية هو المؤلف الرئيسي.

أشار Chirarattananon إلى أن الطائرات المسيرة منخفضة التكلفة يمكنها الطيران فوق مختلف التضاريس، وتظهر أداءً ممتازًا في التصوير والفيديو. ومع ذلك، بسبب الحاجة إلى خفة الوزن، فإن الحمولة التي يمكن للطائرات المسيرة حملها محدودة، كما أن مدى طيرانها مقيد بالوقود القابل للحمل. بالمقارنة، يمكن للروبوتات ذات العجلات والأرجل حمل مزيد من الحمولة والسير لمسافات أطول، لكن تكلفتها أعلى نسبيًا، وقد لا تكون قادرة على التعامل مع التضاريس الوعرة. يعتقد أنه يوجد مجال لتطوير روبوتات جديدة تجمع بين ميزات كلا النوعين. مختبره، المعروف باسم "مختبر الحركة، والهياكل الذكية، والروبوتات البيولوجية" (CLIMB)، يستلهم تصميمه من الطبيعة لتحقيق توازن بين النطاق والكفاءة والتكلفة وسعة الحمولة.

استلهم تصميم Hopcopter من الطيور، التي لا تطير باستمرار في الهواء، بل تحلق بين مواقع مختلفة وتستريح لفترات طويلة، وأحيانًا تقفز على الأرض. لعب طالب الدكتوراه Song Li من جامعة المدينة في هونغ كونغ دورًا مهمًا في تطوير الروبوت خلال تبادل أكاديمي في تورنتو. تجعل الأرجل الطويلة لـ Hopcopter مركز ثقلها أعلى من الأرض، بينما تعمل الأربطة المطاطية المسبقة الشد على تعويض الجاذبية والقوى الأخرى. أشار Jeeraphat (Owen) Kledkruemas، طالب الدكتوراه في الهندسة الميكانيكية والصناعية، إلى أن هذا يجعل الروبوت أسهل في النمذجة والتحكم مقارنة بالروبوتات القافزة الأخرى.

تتيح وظيفة القفز للروبوت تجاوز معظم العقبات التي لا تستطيع الروبوتات ذات العجلات أو الأرجل عبورها، بينما توفر الطاقة، وتحمل وزنًا أكبر من الطائرات المسيرة القياسية.

تحديات تصميم الوسادة وحلولها

كان أداء Hopcopter الأصلي جيدًا على الأسطح الخرسانية المستوية أو الحصى الناعم، لكنه واجه تحديات على أسطح أخرى. إذا هبط بزاوية حادة أو سقط على سطح زلق مثل الثلج، فإن أرجل الروبوت قد تنزلق، مما يؤدي إلى فقدان التوازن. على الرمال أو الأسطح الناعمة الأخرى، قد تغمر الأرجل وتعلق. صمم Kledkruemas الوسادة لتوزيع وزن الروبوت على مساحة أكبر، مشابهًا للأحذية الثلجية التي تمنع مرتديها من الغوص في الثلج. تسمح المفاصل الكروية للوسادة بالتكيف مع ميل السطح، بينما تستعيد الأربطة المطاطية موقعها تلقائيًا بعد كل قفزة.

تغطي قاعدة الوسادة أشواك قصيرة، مما يزيد من القبضة، مشابهًا للأدوات المستخدمة من قبل متسلقي الجليد.

التطبيقات المستقبلية والتحديات

وفقًا للباحثين، فإن تصميم الوسادة الجديد يقلل من أخطاء الإقلاع بنسبة تصل إلى 66%، ويزيد من الكفاءة بنسبة تصل إلى 64%. بالإضافة إلى ذلك، تقلل الوسادة من تباين الأداء في التضاريس المختلفة بنسبة 84%، مما يجعل أداء Hopcopter على الأسطح الصعبة قريبًا من أدائه على الأسطح الملساء. أشار Kledkruemas إلى أن هذه التحسينات تجعل القفز على الثلوج والرمال ممكنًا.

يخطط الفريق لتطوير نظام ملاحة ذاتية لـ Hopcopter، ومواجهة تحديات أكبر. أشار Chirarattananon إلى أن هذا التحسين يمكنهم من "نقل هذا الروبوت من المختبر إلى العالم الحقيقي". يتصور إمكانية استخدامه في عمليات البحث والإنقاذ بعد الكوارث الطبيعية، أو لفحص البنى التحتية النائية مثل الأنابيب والمناجم. كما يحلم الفريق باستكشاف كواكب مثل المريخ، حيث تكون الأجواء رقيقة جدًا بالنسبة لمعظم أنواع الطائرات المسيرة.

إمكانات تطبيق تقنيات الروبوتات الجديدة

يتجاوز تصميم Hopcopter قيود الطائرات المسيرة والروبوتات التقليدية، خاصة في التعامل مع التضاريس المعقدة. لا يقتصر تصميم الوسادة المبتكر على تحسين استقرار الروبوت، بل يوسع نطاق تطبيقاته، من البحث والإنقاذ إلى فحص البنى التحتية النائية، وحتى الاستكشاف الكوكبي. قد يغير تطور هذه التقنية الطريقة التي تعمل بها الروبوتات في مختلف البيئات في المستقبل، خاصة في عمليات الإنقاذ بعد الكوارث الطبيعية، مما يوفر حلولًا أكثر فعالية.