کاربرد منحصر‌به‌فرد میکروبات‌های مغناطیسی قدرتمند

به گزارش مجله خبری نگاراین شگفتی‌های کوچک تنها از طبیعت تقلید نمی‌کنند؛ بلکه قرار است شیوه برخورد با وظایف پیچیده، از کاربرد‌های پزشکی تا راه‌حل‌های صنعتی، را متحول کنند.

ربات‌های کوچک برای وظایف بزرگ

پژوهشگران دانشگاه هانیانگ در سئول، کره جنوبی، قدرت یک کلونی مورچه‌ها را از طریق ارتشی از میکروبات‌ها بازسازی کرده‌اند.

این ربات‌های مغناطیسی کوچک می‌توانند به صورت گروهی کار کنند و وظایفی را انجام دهند که برای یک ربات واحد غیرممکن است. بهترین عملکرد این میکروبات‌ها زمانی مشاهده شد که به صورت تجمع‌هایی با نسبت ابعادی بالا گروه‌بندی شدند.

این ارتش‌های میکروباتی توانایی عبور از موانعی را داشتند که پنج برابر طول خودشان بودند و حتی می‌توانستند یکی یکی از روی موانع پرش کنند، مانند یک دونده که از روی مانع می‌پرد.

میکروبات‌های قدرتمند در عمل

تصور کنید گروهی از ۱۰۰۰ میکروبات که یک قایق مصنوعی را روی آب تشکیل می‌دهند. این قایق مصنوعی می‌توانست دور یک شیء، مانند یک قرص که وزن آن ۲۰۰۰ برابر وزن یک میکروبات بود، پیچیده شود.

این قایق به میکروبات‌ها اجازه می‌داد قرص را در یک محیط مایع جابه‌جا کنند. اما کاربرد آنها محدود به وظایف مبتنی بر آب نیست.

در خشکی نیز میکروبات‌ها می‌توانستند بار‌هایی را حمل کنند که ۳۵۰ برابر سنگین‌تر از وزن هر یک از آنها بود.

تلاش‌های هماهنگ برای غلبه بر موانع

طراحی میکروبات‌ها از مورچه‌ها الهام گرفته شده است، مورچه‌هایی که به دلیل تلاش‌های گروهی برای غلبه بر موانع و تضمین بقا شناخته می‌شوند.

مانند مورچه‌ها، این ربات‌ها می‌توانند وظایف برنامه‌ریزی‌شده خود را انجام دهند و در صورت شکست یک یا چند واحد، همچنان از طریق تلاش جمعی به هدف برسند.

پژوهشگران نوشتند:

«روباتیک جمعی به عنوان یک روش امیدوارکننده برای انجام وظایف پیچیده از طریق رفتار جمعی چندین ربات مطرح شده است. یکی از ویژگی‌های کلیدی رباتیک جمعی، تحمل خطاست؛ به این صورت که حتی اگر یک یا چند ربات در گروه نتوانند مأموریت محول‌شده را انجام دهند، سایر ربات‌ها به انجام حرکات برنامه‌ریزی‌شده ادامه می‌دهند تا مأموریت موفق شود.»

نوآوری در طراحی ربات‌ها

به جای استفاده از طراحی‌های متداول، این تیم میکروبات‌هایی با شکل مکعبی طراحی کرده‌اند.

تغییر شکل به مکعب باعث شد سطح تماس بیشتری فراهم شود و کل وجه هر مکعب برای جذب مغناطیسی قوی‌تر مورد استفاده قرار گیرد.

هر یک از این میکروبات‌ها تنها ۶۰۰ میکرومتر ارتفاع دارند و حاوی ذرات فرومغناطیسی نئودیمیوم-آهن-بور (NdFeB) هستند. این طراحی منحصر‌به‌فرد به آنها امکان می‌دهد به میدان‌های مغناطیسی واکنش نشان داده و با یکدیگر تعامل کنند.

دستکاری زاویه مغناطیس‌دهی این میکروبات‌ها منجر به شکل‌گیری پیکربندی‌های مختلف شد.

به گفته دکتر «جونگ جه وی»، یکی از نویسندگان این مطالعه، برای اطمینان از هندسه یکنواخت و عملکرد یکسان، یک روش تولید انبوه مقرون‌به‌صرفه با استفاده از قالب‌ریزی و مغناطیس‌دهی در محل توسعه داده شده است.

آینده گروه‌های میکروباتی

با وجود نتایج امیدوارکننده، همچنان بهبود‌هایی مورد نیاز است.

اگرچه میکروبات‌ها می‌توانند صعود کنند، اشیا را از روی موانع پرتاب کنند و بار‌هایی را بلند کنند، اما در حال حاضر به کنترل مغناطیسی خارجی وابسته هستند و توانایی ناوبری مستقل در فضا‌های پیچیده مانند شریان‌های باریک واقعی را ندارند.

با این حال، پژوهش‌های آینده بر افزایش سطح خودمختاری این گروه‌های میکروباتی متمرکز خواهد بود، به ویژه کنترل حرکت‌ها و مسیر‌های آنها در زمان واقعی.

کاربرد‌های بالقوه فراتر از پزشکی

در حالی که میکروبات‌های مغناطیسی در فناوری پزشکی تحولات زیادی ایجاد کرده‌اند، کاربرد‌های بالقوه آنها بسیار فراتر از حوزه بهداشت و درمان است.

ربات‌های کوچک می‌توانند صنایع مختلفی مانند پاکسازی محیط‌زیست و تولید را متحول کنند.

برای مثال، توانایی آنها در تشکیل قایق و حمل اشیا می‌تواند برای جمع‌آوری میکروپلاستیک‌ها در اقیانوس‌ها یا تحویل دوز‌های دقیق مواد شیمیایی در کشاورزی مورد استفاده قرار گیرد.

این میکروبات‌ها حتی می‌توانند در کار‌های حساس مانند تعمیر ماشین‌آلات در نقاط دور از دسترس کمک کنند.مورچه‌ها توانایی‌های خارق‌العاده‌ای دارند، مانند حرکت دادن اشیایی که چندین برابر اندازه خودشان هستند. گروهی از پژوهشگران در کره جنوبی گروهی از ربات‌های مغناطیسی را معرفی کرده‌اند که توانایی‌های شگفت‌انگیز مورچه‌ها را بازسازی کرده و حتی آنها را فراتر می‌برند. 

منبع: فوت وفن