وقتی مغز لازم نیست؛ ربات خلاقانه دانشمندان هلندی فقط با جریان هوا حرکت می‌کند

بیشتر ربات‌ها برای حرکت‌کردن به سیستم‌های کنترلی پیچیده مبتنی‌بر هوش مصنوعی یا سیستم‌های دیگر نیاز دارند. یکی از مشکلات موجود، این است که چنین ربات‌هایی برای واکنش به تغییرات محیط به زمان نیاز دارند و حرکاتی خشک و غیرطبیعی تولید می‌کنند. اکنون، گروهی از دانشمندان هلندی موسسه فیزیک مولکولی و اتمی در آمستردام هلند ربات بدون مغزی ساخته‌اند که فقط با جریان هوا می‌تواند بدود، از موانع عبور کند و حتی شنا کند.

آلبرتو کومورتو، متخصص رباتیک در موسسه فیزیک مولکولی و اتمی آمستردام، در آزمایشگاه مشغول کار روی پروژه‌ای دیگر بود. او برای متوقف‌کردن جریان هوا، لوله‌ای را خم کرد و همین کار باعث شد لوله به شدت شروع به لرزش و تولید صدای بسیار بلند کند. کومورتو برای اینکه بفهمد چه اتفاقی درون لوله می‌افتد، دوربینی پرسرعت نصب و حرکت لوله را ضبط کرد. او متوجه شد حرکت لوله به دلیل تعامل میان فشار هوای داخل لوله و حالت فیزیکی خود لوله به وجود آمده است.

وقتی لوله خم می‌شد، فشار هوای داخل آن باعث می‌شد خمیدگی لوله به سمت دیگر لوله حرکت کند. این حرکت باعث می‌شد فشار در نقطه خمیدگی کم شود و خمیدگی جدیدی در جای دیگر لوله ظاهر شود. این روند به‌طور مداوم تکرار می‌شد. کومورتو از دیدن حرکت مداوم، خودکار، دوره‌ای و نامتقارن لوله بسیار هیجان‌زده شد.

تیم کومورتو تصمیم گرفت رباتی بسازد که از فیزیک مشابه ربات‌های فلای گایز برای دستیابی به حرکات طبیعی و تقریبا شبیه به حرکات موجودات زنده استفاده کند. اما این کار سخت‌تر از چیزی بود که به‌نظر می‌رسید.

ربات‌های رقصان فلای گایز به‌طور تصادفی حرکت می‌کنند، یعنی حرکت‌هایشان از قبل برنامه‌ریزی نشده است، اما در رباتی که کومورتو ساخت، حرکات به‌طور دقیق و با دقت کنترل می‌شود.

بدنه‌ ربات با استفاده از چاپ سه‌بعدی ساخته شده و چهار لوله به آن متصل شده‌اند که در قسمت پایین خم می‌شوند و شبیه پاهای ربات عمل می‌کنند. برای کنترل حرکت ربات، فرکانس نوسانات لوله‌ها (یعنی سرعت لرزش آن‌ها) و درنتیجه سرعت حرکت ربات، با تنظیم مقدار هوای وارد شده به هر لوله تنظیم می‌شود.

در ربات‌های معمولی که چندین اندام دارند، معمولا باید اندام‌ها را به‌طور دستی هماهنگ کنید تا ربات حرکات مختلفی انجام دهد. اما در ربات کومورتو، این هماهنگی به‌طور خودکار و طبیعی و درنتیجه‌ی طراحی خاص ربات به‌وجود آمد. لوله‌های ربات به منبع هوای مشترک وصل شده‌اند، بنابراین تغییرات فشار در هر لوله باعث می‌شود لوله‌ها با هم هماهنگ شوند و به‌طور خودکار حرکت کنند.

ربات می‌توانست حرکت‌های خود را با توجه به محیط تنظیم کند. روی زمین، پاهایش به‌طور خودکار و هماهنگ با هم حرکت می‌کردند و مثل آهوی جهنده می‌دوید. در آب، چون لوله‌ها با مقاومت کمتری مواجه می‌شدند، پاها درجهت مخالف هم حرکت می‌کردند تا ربات بتواند مثل سگ شنا کند.

هنوز مسائل و چالش‌هایی وجود دارد که باید حل شوند تا ربات‌هایی که از این نوع هماهنگی بین بدن و محیط استفاده می‌کنند، بتوانند از مرحله تحقیقاتی اولیه عبور کنند و وارد مراحل عملیاتی یا تولید شوند.

اولین مشکلی که ربات کومورتو داشت، مصرف انرژی بود. طراحی اولیه‌ای که تیم او در آزمایشگاه آزمایش کرد به منبع خارجی وصل بود و هوا ازطریق شلنگ نازکی به پاهای ربات منتقل می‌شد. این اتصال باعث محدودیت‌هایی در نحوه عملکرد ربات می‌شد.

برای اینکه ربات سریع حرکت کند و کارهای شگفت‌انگیزش را انجام دهد، به ۱۵ لیتر هوا در دقیقه نیاز داشت و پمپی که هوا را به ربات می‌رساند، ۸۵ وات انرژی مصرف می‌کرد. این مقدار انرژی بسیار زیاد بود و بنابراین استفاده از باتری‌های داخلی برای ربات یا کنار گذاشتن اتصال به منبع خارجی را غیرممکن می‌کرد.

برای حل مشکل مصرف انرژی، تیم تصمیم گرفت تعداد پاهای متحرک ربات را از چهار به دو کاهش دهد. همچنین طراحی پاها تغییر داده شد تا فشار لازم برای ایجاد خمیدگی و حرکت پاها در لوله‌ها کمتر شود و درنتیجه مصرف انرژی پایین بیاید. با انجام این تغییرات، مصرف انرژی هر پای ربات به ۰٫۰۶ وات کاهش یافت. همین امر باعث شد ربات جدید بتواند بدون اتصال به منبع خارجی حرکت کند و از پمپ هوای خود که با باتری لیتیوم-یون کوچک کار می‌کرد، استفاده کند.

ربات جدید از دو حسگر نوری ساده به‌عنوان «چشم» استفاده می‌کرد. حسگرها به سیستمی وصل بودند که می‌توانست به‌طور خودکار هر یکی از پاهای نوسانی ربات را فعال کند. به‌این‌ترتیب، ربات می‌توانست به‌طور خودکار از اتاق تاریک به اتاق روشن‌ برود یا حتی دنباله‌رو فردی باشد که منبع نور را حمل می‌کند.

پژوهشگران می‌گوید به درک بهتری از سیستم ربات نیاز دارند تا بتوانند ویژگی‌های خاص و عملکردهای دقیق‌تری را برای ربات طراحی کنند. هدف تیم ساخت ربات‌هایی است که بدون نیاز به پردازش و محاسبات پیچیده، فقط با اصول فیزیکی محیط اطراف خود را درک کنند و به آن سازگار شوند.  پژوهشگران همچنین درحال کار روی قلب مصنوعی نرمی هستند که بی‌نیاز از به روزرسانی، به‌طور خودکار با جریان خون و فشار خون سازگار شود و به درستی کار کند.

مطالعه پژوهشگران در نشریه ساینس منتشر شده است.