تمكّن باحثون من جامعة خليفة من تطوير نموذج جديد في مجال الميكانيكا الحيوية يجعل سلوك الروبوت، الذي يُعتبر مهمة معقدة تتمثل في الطريقة التي تتحرك بها وتتفاعل فيها مع بيئتها، أكثر دقة وبساطة. ونُشر بحثهم الذي حمل عنوان "النمذجة منخفضة الترتيب للروبوتات الهجينة المرنة والصلبة باستخدام معايير الجهد المحلية والعالمية والمرتبطة بالحالة" في المجلة العلمية الرائدة "إنترناشونال جورنال أوف روبوتِكس ريسيرتش"، المعنيّة بالروبوتات.
يتميّز نموذج الجهد المتغير الهندسي الرائد، والذي سيُحدث نقلة نوعية في كلٍّ من نظام التحكم بالروبوتات الهجينة المرنة والصلبة وحركتها التي تجمع بين الأجزاء الناعمة والمرنة والمكونات الصلبة، بعدم تأثيره على الدقة على الرغم من حاجته إلى حسابات أقل، وهو ما يجعله أداة قوية للجيل القادم من الأنظمة الروبوتية.
شمل الفريق البحثي كلًا من الأستاذ المشارك في قسم الهندسة الميكانيكية والنووية بجامعة خليفة الدكتور فيديريكو ريندا وباحثو الدكتوراه، الدكتور أنوب تيجو ماثيو والدكتور دانيال فيليو تاليغون والدكتور عبد العزيز الكاياس، إضافة للدكتور فريدريك بويِر، عضو الهيئة الأكاديمية والباحث في مختبر العلوم العددية ومعهد "مين تيليكوم" في نانت الفرنسية.
تواجه النماذج التقليدية صعوبة في مزج كلٍّ من المرونة والصلابة، ولكن يبسط نموذج الجهد المتغير الهندسي العملية باستخدام إطار عمل منخفض الرتبة، كما أنّه يمثّل خوارزمية فعالة تحتاج فقط إلى الحد الأدنى من البيانات لتمثيل سلوك الروبوت بدقة. ويُطبَّق هذا النموذج من خلال مجموعة أدوات جهاز محاكاة الروبوت المرن، وهو جهاز محاكاة مفتوح المصدر يحظى بتقدير كبير في مجتمع الروبوتات المرنة لسرعته ودقته واستقراره، الأمر الذي يتيح استخدام نموذج الجهد المتغير الهندسي في مجموعة واسعة من التطبيقات الروبوتية الحديثة، التي تشمل التفاعل بين الإنسان والروبوت والروبوتات المعنيّة بالاستكشاف تحت الماء والأدوات المستخدمة في عمليات التفتيش الصناعي.
تتمثّل المزايا الرئيسة لنموذج الجهد المتغير الهندسي في قدرته على تبسيط تصميم الروبوتات التي تحتاج إلى العمل في بيئات معقدة والسيطرة عليها. على سبيل المثال، يمكن للأذرع الروبوتية الطويلة والمرنة الاستفادة من النموذج للقيام بحركات أكثر دقة في الجراحة التي تتطلب أدنى مستوى من التدخل الجراحي، ما يقلل من المخاطر التي يتعرض إليها المرضى، كما يمكن للروبوتات المستوحاة من أنظمة الدفع الطبيعية للبكتيريا التنقل بكفاءة أكبر وضوضاء أقل في عمليات الاستكشاف تحت الماء، ما يجعلها مثالية للاستخدام في البيئات الحساسة، بينما تفيد المقابض المرنة القطاعات الصناعية الزراعية والغذائية.
يساهم نموذج اللجهد المتغير الهندسي في مواجهة التحديات التشغيلية مثل الاهتزاز وتشوه الأجزاء المرنة في الروبوتات التي تستخدم الأسلاك المعدنية للتحكم في الأحمال الثقيلة، في السيناريوهات التي تتطلب عمل كلٍّ من المكونات اللينة والصلبة معًا بسلاسة والتي تشمل الروبوتات المستخدمة في تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد للبناء.
قال الدكتور فيديريكو ريندا: "تُفيد قدرة نموذج الجهد المتغير الهندسي في تبسيط عملية التحليل مع الحفاظ على الدقة، في عملية تصميم هذه الروبوتات والتحكم فيها، حيث يمكنها أن تؤدي إلى خوارزميات أكثر كفاءة وأنظمة روبوتية أكثر استجابة وتنوعًا، كما يمكن أن يسهم تأثير النموذج على مستقبل الروبوتات، خاصة الروبوتات المرنة، عبر تطوير أنظمة روبوتية متقدمة قادرة على القيام بتفاعلات أكثر تعقيدًا ودقة مع بيئتها على غرار الكائنات الحية، ما يساعد على الحصول على ابتكارات مهمة.”