توسعه روباتهای نرم با الهام از خرطوم فیل
برسام جنتی
گروه علم و فناوری
خرطوم فیل به عنوان اندامی نیرومند و بیاستخوان یکی از شگفتانگیزترین اندامهای جانوران محسوب میشود. فیل میتواند با خرطوم خود، شاخهای محکم را از درخت جدا کند و همزمان، علفهای نازک را با دقت بالا از زمین بردارد. این قدرت و دقت همزمان، حالا نگاه پژوهشگران حوزه روباتهای نرم را بیش از پیش به این اندام خارقالعاده جلب کرده است. محققان سالهاست که میخواهند بدانند این اندام چگونه میتواند طیف گسترده وظایف را انجام میدهد. نتایج مطالعهای تازه که در نشریه PNAS Nexus منتشر شده، حالا نگاهها را از عضلات زیرین خرطوم به سمت پوست این حیوان معطوف کرده است.
درواقع محققان با مطالعه ساختار درونی پوست خرطوم فیل و الهام از آن، قصد دارند دستهای روباتیک نرم جدیدی با قابلیت عملکرد گسترده طراحی کنند. در این پژوهش، «لوسیا بکای» و همکارانش در مؤسسه فناوری ایتالیا، ۳۵ نمونه از بخشهای مختلف خرطوم یک فیل آسیایی بالغ را بررسی و تحلیل کردند که سال ۲۰۲۰ در باغوحش زوریخ از بین رفته بود. نتیجه، تصویری تازه از خرطوم فیل به پژوهشگران داد.
این ساختارها که «هیدرواستات عضلانی» نام دارند، تقریباً به طور کامل از ماهیچههای متراکم تشکیل شدهاند و خرطوم با بیش از ۱۰۰ هزار عضله میتواند در هر جهت کشیده، فشرده، پیچخورده و خم شود. اما انعطافپذیری و کارایی خرطوم تنها حاصل قدرت عضلانی نیست بلکه در این میان، یک معماری ویژه در پوست، نقشی تعیینکننده دارد.
پژوهشگران تفاوتهای آشکاری میان سطح بالایی و سطح زیرین خرطوم شناسایی کردند. سطح بالایی خرطوم که بیش از سه برابر سفتتر از سطح زیرین است و در برابر تماس با محیط، ضربهها و ساییدگیها مقاومت بیشتری نشان میدهد، همچون لایهای محافظ و سخت عمل میکند. در مقابل، سطح زیرین خرطوم نرمتر و انعطافپذیرتر باقی میماند؛ این ویژگی به فیل امکان میدهد اشیا را با ظرافت و دقت بردارد. به گفته محققان، شیوه استفاده فیلها از خرطوم، این تفاوت ساختاری را بهخوبی آشکار میکند. بخش بالایی خرطوم معمولاً نقش سپری طبیعی را ایفا میکند که فشارها، ضربهها و خراشها را جذب میکند، درحالی که بخش زیرین خرطوم برای گرفتن اشیا به کار میرود. در عمل نرمی و سفتی این بخش باعث میشود خرطوم بتواند با شکل اجسام سازگار شود و آنها را محکم نگه دارد. همین تقسیم کار طبیعی میتواند پاسخی برای یکی از چالشهای همیشگی ساخت روباتهای نرم باشد.
پژوهشگران به یک یافته مهم دیگر نیز دست یافتند و ساختارهای گنبدی شکلی به نام پاپیلای پوستی را در خرطوم فیل شناسایی کردند که میتواند یک مشکل دیگر ساخت روباتهای نرم را حل کند. حسگرهای لمسی اغلب شکننده هستند و به پوششهای محافظی نیاز دارند که حساسیت آنها را کاهش دهند. به نظر میرسد بافت موجود در خرطوم فیل از این ساختارهای حسی محافظت میکند و در عین حال به سیگنالهای مکانیکی، اجازه میدهد تا به آنها برسند.
thedebrief.org
