מקליפה לצבת רובוטית: חוקרי המכון הפדרלי השווייצרי לטכנולוגיה בלוזאן (EPFL) פיתחו רובוטים הפועלים בעזרת שלדים חיצוניים של סרטנים ימיים, שנאספו מפסולת מן הים. המחקר החדש מציג גישה מהפכנית לרובוטיקה בת־קיימא: שילוב ישיר של חומר ביולוגי שנזרק לפח בתוך מערכת רובוטית מתוחכמת, שמסוגלת להרים חפצים, לאחוז בהם ואף לשחות במים.
החוקרים מדגישים כי השימוש בשריון הטבעי של היצור הימי אינו רק “גימיק ירוק”, אלא פלטפורמה הנדסית בעלת יתרונות מכניים ברורים - קשיחות גבוהה לצד גמישות תנועתית.
מהים אל שולחן המעבדה
בלב הפרויקט עומדים שלדי בטן של לנגוסטין, סרטנים ימיים, שנשארים בדרך כלל כפסולת במקומות בהם עושים שימושים שונים בסרטנים אלו בתעשייה. במקום לסיים את דרכם בפח, אוספים אותם החוקרים, מנקים, מייבשים ומכינים אותם לשימוש כחלק אינטגרלי ממנגנון רובוטי.
המבנה הטבעי של השלד החיצוני - שריון מינרלי מחולק למקטעים המחוברים בממברנות מפרקיות - מספק שילוב ייחודי של קשיחות וגמישות, שמתאים במיוחד לזרועות אחיזה ותנועה מהירה תחת עומס.
במסגרת המחקר הודגמו שלושה יישומים: מניפולטור רובוטי שמסוגל לשאת חפצים במשקל מאות גרמים, אוחז “דו־אצבעי” המרים פריטים עדינים כמו עגבניות לצד חפצים נוקשים יותר, ומערכת סנפירים רובוטית המבוססת על שריון הלנגוסטין המאפשרת תנועה במים במהירות של כ־11 סנטימטר בשנייה. בכל אחד מן המקרים משולב השלד הביולוגי כחלק הפעיל המרכזי של המנגנון, ולא רק ככיסוי או אלמנט דקורטיבי.
איך בונים רובוט משלד של לובסטר
כדי להפוך את השריון החיצוני של הלנגוסטין לרכיב רובוטי, מחדירים החוקרים לתוך כל מקטע חומר אלסטומרי גמיש, שמאפשר שליטה מדויקת בכיפוף ובמתיחה של השלד. לאחר מכן מחברים את המבנה הביולוגי לבסיס ממונע הכולל מנועים, חיישנים ובקר, ומצפים אותו בשכבת סיליקון שמגינה עליו ומשפרת את העמידות ואת אורך החיים שלו בשימוש חוזר. התוצאה היא זרוע רובוטית קלת משקל (כ־3 גרם לשלד עצמו) המסוגלת לשאת משקלים הגדולים פי מאות ממשקלה, בזכות גאומטריה טבעית שיש במבנה הביולוגי.
מבחני המעבדה הראו שהמניפולטור המבוסס על שלד הלנגוסטין מסוגל להזיז חפצים אל אזורים מוגדרים מראש, תוך שמירה על שליטה מספקת גם כאשר צורת החפץ או משקלו משתנים. במצב אחיזה, שני חלקים של השלד מתפקדים כמעין אצבעות רכות, שאוחזות בעדינות ירקות ופירות מבלי לרסק אותם, אך מסוגלות באותה מידה לטפל בחפצים נוקשים יותר.
רובוטים ירוקים - תכנון מעגלי וחכם
אחת מנקודות המפתח במחקר היא תפיסת העיצוב המעגלי: לא רק להשתמש בחומר טבעי, אלא גם לאפשר פירוק, מחזור ושימוש חוזר ברכיבים הסינתטיים שבמערכת. לאחר סיום השימוש, ניתן לנתק את השלד הביולוגי מן הבסיס הממונע, להשאיר את השריון הביולוגי להתכלות באופן טבעי, ולהחזיר למעגל השימוש את המנועים והחיישנים. בדרך זו הרובוט אינו רק “ירוק” בחומר שממנו הוא בנוי, אלא גם בחשיבה הכוללת על מחזור החומרים והפחתת הפסולת התעשייתית.
החוקרים מציינים כי זהו, ככל הידוע להם, אחד המקרים הראשונים שבהם פסולת משולבת באופן ישיר כחומר מבני ברובוט העובד בפועל, ולא רק כחומר ניסיוני במעבדה. אם תפיסה זו תתרחב לעוד סוגי פסולת ביולוגית - מקונכיות צדפות ועד שאריות צמחים - עשויה להיווצר משפחה חדשה של “רובוטים בי-היברידיים” שמייצרת ערך מוסף מפסולת ומקטינה את התלות בפלסטיק ובמתכות יקרות.
מגבלות, אתגרים והעתיד האפשרי
לצד ההתלהבות, המדענים מדגישים גם את מגבלות הגישה: כל שלד חיצוני טבעי שונה מעט בצורתו, באורכו ובעוביו, מה שיוצר שוני בהתנהגות בין אצבע רובוטית אחת לאחרת. המשמעות היא שהמערכת זקוקה לאלגוריתמי בקרה מתקדמים או לכיול פרטני לכל יחידה, אם רוצים להגיע לרמת דיוק תעשייתית גבוהה. בנוסף, בניגוד לרכיב תעשייתי סטנדרטי המיוצר על פי תקן, חומר ביולוגי חשוף לשחיקה, לשבירה ולהשפעות סביבתיות שאינן תמיד צפויות.
עם זאת, בצוות ב־EPFL מאמינים כי היתרונות - קלות המשקל, שילוב התכונות המכאניות המתקדמות והקיימות הסביבתית - מצדיקים את המשך הפיתוח. בין היישומים העתידיים שהם מציעים ניתן למצוא רובוטים רפואיים זעירים שייעזרו בחומרים ביולוגיים להשתלה בגוף, מערכות ניטור ביולוגיות בסביבות ימיות, ואף פלטפורמות חינוכיות שידגימו לתלמידים כיצד ניתן להפיק טכנולוגיה מתקדמת מפסולת יומיומית.
מעבר להישג הטכנולוגי, המחקר הזה מצטרף למגמה רחבה יותר של חיפוש אחר השראה - וגם חומר גלם - בעולם הטבע, במקום להסתמך רק על שרשראות אספקה תעשייתיות עתירות אנרגיה. השריון של הלנגוסטין אולי לא תוכנן בידי מהנדס, אך המבנה שלו מספק שיעור חי במינוף צורות טבעיות לתכנון מכני, שיעור שעשוי לשנות את הדרך שבה מהנדסי רובוטיקה חושבים על חומר, פסולת ויצירתיות.
0 תגובות