ماشین های کوچک؛ گام بزرگ بعدی در علم رباتیک

نیم قرن پس از آن که «نیل آرمسترانگ» روی ماه قدم گذاشت و «یک گام عظیم برای بشریت» برداشت، نوآوری های دنیای تکنولوژی هم به نسبت کوچک شده اند. البته هنوز هم از تماشای آسمان خراش های سر به فلک کشیده و پرتاب یا فرود راکت های غول آسا به وجد می آییم، ولی بسیاری از پیشرفت های کنونی در مقایسه با نمونه های سال قبلش ناچیز به نظر می رسند.

نسل جدید گجت های الکترونیکی مانند موبایل، لپ تاپ یا ساعت هوشمند چند میلیمتر باریک تر و کوچک تر می شوند و توان پردازش آنها اندکی افزایش می یابد. فناوری CRISPR/cas9 به دانشمندان اجازه می دهد تک تک ژن ها را ویرایش نموده و احتمالاً بیماری های کشنده را ریشه کن کنند. فرایندهای نوین در مقیاس نانومتری، تعبیه ترانزیستورهای بیشتری در مدارهای مجتمع را برای سازندگان چیپ فراهم می کنند تا تقریباً هر 12 تا 18 ماه توان پردازش چیپست ها دو برابر شود.

دنیای رباتیک هم چنین وضعیتی دارد. البته احتمالاً ربات هایی مثل محصولات بوستون داینامیکس و به خصوص ربات انسان نمای اطلس به عنوان پیشگام این صنعت به ذهنتان می آید. هرچه باشد، ربات های این شرکت به خوبی سر و صدا کرده اند، اما آن سوی طیف هم دنیای بزرگ و جذابی داریم. شاید ربات های این بخش خیلی به چشم نیایند، ولی کارآیی آنها در مقیاس کوچک بسیار هیجان انگیز است.

به دنیای ربات های کوچک خوش امدید؛ نسل جدیدی از ربات ها که کمتر از برادران و خواهران بزرگ خود نگاه ها را خیره می کنند، ولی به همان اندازه در پیشرفت این حوزه نقش دارند. این ربات ها کاربردهای متنوعی دارند؛ از انجام عمل جراحی در مقیاس میکرو و نانو گرفته تا کشف دیگر سیاره ها.

نمونه هایی از همه جا

ربات های کوچک را همه جا می توان دید. محققین دانشگاه کالیفرنیای جنوبی به تازگی یک ربات پرنده را با الهام از حشرات ساخته اند که فقط 95 میلی گرم وزن دارد و ابعادش کوچک تر از یک سکه پنی است.

مهندسین مؤسسه ماکس پلانک آلمان که در حوزه سیستم های هوشمند فعالیت دارد، توانسته اند یک خودروی کوچک با توانایی تغییر مسیر و هدایت از راه دور بسازند. البته منظورمان از خودروی کوچک، وسیله ای در ابعاد پراید نیست. اندازه ربات خودرویی مورد بحث فقط به 40 تا 50 میکرون می رسد، یعنی تقریباً نصف ضخامت تار موی انسان.

این آزمایشگاه یک سری میکروماشین های سیار قابل مونتاژ هم ساخته اند که با برنامه ریزی قبلی و بر اساس نیازهای مختلف، قابلیت اتصال به هم را دارند تا به شکل های متنوعی درآیند؛ و این تمام ماجرا نیست.

دکتر «متین سیتی» مدیر دپارتمان هوش فیزیکی مؤسسه ماکس پلانک در این رابطه می گوید:

تیم تحقیقاتی ما تعدادی میکرو ربات مصنوعی و هیبریدی [زیستی-مصنوعی] را پیشنهاد داده اند. در مورد ربات های مصنوعی در مقیاس کوچک، ما انواع ربات های سیار شکل پذیر با قابلیت برنامه ریزی از راه دور را به نمایش گذاشته ایم که توانایی جابجایی در مسیرهای مختلف و اجرای عملیات متنوع را دارند. این ربات ها با الهام از حیوانات کوچکی مثل عروس دریایی، کرم ابریشم و دیگر انواع کرم یا لارو حشرات طراحی شده اند.

ریز ربات های هیبریدی هم به وسیله باکتری ها یا آلگاها به حرکت در می آیند تا محموله خود را به بخش های مورد نظر برسانند. این ربات ها توانایی تشخیص محیط اطراف خود را دارند و می توانند تغییر ترکیبات شیمایی، اکسیژن، pH و نور را حس کنند.

وقتی در مورد ربات های کوچک یا میکروبات ها صحبت می کنیم، معمولاً ضمیر «آنها» را زیاد به کار می بریم. شاید بتوانیم چند ربات بزرگ را کنار یکدیگر قرار دهیم تا با هم کار کنند، ولی احتمالاً تعداد کمی از آنها توانایی همکاری را داشته باشند. در واقع در «خیابان رؤیاهای نیمه تمام» [نام ترانه ای از گرین دی] ربات ها در مقیاس بزرگ فقط برای اجرای یک کار مثل راه رفتن، غلتیدن، خزیدن، شنا کردن، پریدن یا مانند اینها طراحی می کنند. در مقیاس کوچک اما اوضاع فرق می کند.

دکتر «دی گیو کیم» از اساتید رباتیک مؤسسه فناوری جرجیا که روی میکروبات ها کار می کند، در این رابطه می گوید:

ربات های بزرگ و عادی باید به اندازه ای پیچیده طراحی شوند که توانایی انجام کارهای دشوار را به تنهایی داشته باشند. با این حال ریز ربات ها بسیار ساده و ارزان قیمت هستند. به جای اینکه یک ربات همه کارهای پیچیده را انجام دهد، گروه بزرگی از میکروبات ها در تعامل با یکدیگر و به شیوه های مختلف، توانایی اجرای وظایف مختلف را به دست می آورند.

ربات هایی که «کیم» روی آنها کار می کند، تنها چند میلیمتر طول دارند و تقریباً اندازه مورچه هستند. این تیم امیدوار است در آینده حتی ربات های کوچک تری بسازد. این میکروبات ها «بریستل-بات» نام دارند و به شیوه چاپ سه بعدی تولید می شوند. حرکت ربات ها روی چهار یا شش پای سیخ مانند انجام می شود. به لطف حضور اکتواتورهای پیزوالکتریک که از تیتانات زیرکونات سرب ساخته شده، می توان این ربات ها را با ارتعاشات ظریف در جهت های مختلف هدایت کرد.

میکروبات ها چطور استفاده می شوند؟

«کیم» در مورد کاربرد ربات های کوچک در دنیای واقعی می گوید:

بهترین کاربرد این ربات ها در دنیای واقعی برای من این است که گروه بزرگی از ربات های بریستل را برای دسترسی به مناطق دشوار به کار بگیریم؛ مناطقی مثل شکاف های داخل زیرساخت های عظیم یا فضاهای کوچک در ماشین آلان پیشرفته. انسان ها یا ربات های عادی توانایی حضور در این مکان ها و انجام کارهای مختلف را ندارند. میکروبات ها با تقلید از رفتار حشرات و تبادل اطلاعات مورد نظر، قادر به اجرای عملیات پیچیده و دشوار خواهند بود.

«متین سیتی» می گوید حوزه پزشکی بهترین جا برای استفاده از ربات های کوچک است. او معتقد است «بالاترین تأثیر علمی و اجتماعی علم میکرو رباتیک در بخش خدمات بهداشتی خواهد بود. ربات های ریز با قابلیت هدایت بی سیم از راه دور می توانند به بخش هایی از بدن انسان دست یابند که در شرایط عادی رسیدن به آنها ناممکن است.»

ربات های کوچک برای انجام فرایند تشخیص پزشکی بدون هرگونه جراحت یا با حداقل آسیب، یا انجام درمان کوتاه مدت یا درازمدت هم مناسب هستند. به همین دلیل تیم تحقیقاتی مورد بحث تلاش می کنند تا میکروبات های جدید را برای کاربردهای پزشکی مختلف مثل درمان سرطان به شکل هدفمند، آمبولیزاسیون (رگ بندی)، رفع انسداد عروق، بیوپسی و ریزجراحی به کار بگیرند.

ایده های دیگری هم وجود دارند. از تصویربرداری پیوسته گرفته تا جابجایی گروهی اجسام بزرگ توسط ربات های کوچک؛ در واقع حوزه های معدودی را می توان یافت که ربات های کوچک در آنها مفید نباشند. البته هنوز محدودیت هایی وجود دارند. همانند ربات های بزرگ، میکروبات ها هم به تأمین انرژی پیوسته نیاز دارند. همچنین در کاربردهای پزشکی ابتدا باید به فکر امنیت بیمار باشیم.

همان طور که ریچارد فاینمن، فیزیکدان برجسته آمریکایی در مورد نانوتکنولوژی می گوید، «آن پایین فضای بسیاری هست» و همین جمله را می توان به میکرو رباتیک هم تعمیم داد.