18آگوست2017

10 مرداد 1396 نوشته شده توسط 

ربات‌ات را قورت بده!

کاردستی ژاپنی که دنیای تکنولوژی را متحول کرد
مریم ایرانی
P50-Robat
کاردستی ساختن یکی از بخش‌های خاطره‌انگیز کودکی بیشتر ما است. چه کسانی در نسل‌های قبل‌تر مثل مادر و پدر من که با سریش و کاغذ برای خودشان بادبادک و فرفره می‌ساختند و چه نسل‌های جدیدتر که با انواع و اقسام کاغذ رنگی‌ها در مهدکودک‌ها و مدرسه‌ها اولین اثرهای هنری زندگی خودشان را خلق می‌کنند. اما گاهی جالب و شگفت‌انگیز می‌شود که دانشمندان از ایده سرگرمی‌های ساده‌ای که در کودکی یا نوجوانی با آن‌ها سرگرم می‌شویم، چیزهای خارق‌العاده‌ای بسازند که اصلا تصورش را هم نمی‌کردیم. یکی از این خارق‌العاده‌ها، باتری‌های تاشو هستند. باتری‌هایی که به‌راحتی خم می‌شوند و در هر محلی که فکرش را بکنید، قابل نصب هستند. ایده طراحی این باتری‌ها از یک کاردستی سنتی ژاپنی آمده است. کاردستی به نام اریگامی. اوریگامی یا هنر تا کردن کاغذ گرچه در ظاهر کاری ساده به نظر می‌رسد اما همواره برای دانشمندان جذاب و مملو از هیجان بوده است. به تازگی دانشمندان دانشگاه هاروارد به ما می‌گویند، باتری‌های تاشو را تبدیل به ربات‌هایی کرده‌اند که می‌توانند توسط یک بیمار بلعیده شوند!
کاغذ و تا
(اُری) به معنی با اندیشه تا دادن و (گامی) به معنی کاغذ است. ترکیب آن‌ها با یکدیگر کلمه اریگامی را می‌سازد. بنابراین اریگامی هنر و اندیشه تا دادن کاغذ (یا صفحاتی از جنس پلاستیک، فلز و مواد دیگر) برای خلق شکل‌های مختلف می‌باشد. این ژاپنی‌ها بودند که هنرتا کردن کاغذ را کمال بخشیدند و به‌ عبارتی از آن خود ساختند. آن‌ها از این هنر فقط برای مراسم خاص استفاده می‌کردند. مثلا برای ساخت پروانه‌های کاغذی نر و ماده که برای تزیین فنجان‌ها در مراسم ازدواج استفاده می‌شده است. در واقع اریگامی هنر تا کردن کاغذ به اشکال و در ابعاد مختلف است که با الگوهای متفاوتی می‌تواند منجر به ساخت طراحی‌های بی‌نظیر و قابل انعطاف شود.
در دوره‌های مختلف تاریخی ژاپن، اریگامی حضور داشته است. کتاب چگونه 1000 مرغ ماهیخوار با کاغذ بسازیم در سال 1797 در ژاپن به چاپ رسید. اریگامی حتی در برنامه‌ی درسی مدارس و حتی مهدکودک‌ها وارد شد تا کودکان هنر و مهارت کار با انگشتان را بیاموزند. سمبل اریگامی پرنده دریایی(درنا) است، که سمبل بین‌المللی صلح نیز می‌باشد. در ژاپن هر بچه ای عاقبت ساختن پرنده دریایی را می‌آموزد.
اریگامی الهام بخش باتری‌های تاشو
وجود آن‌که بیش از دو قرن است باتری‌های الکتروشیمیایی اختراع شده‌اند، اما تا همین اواخر، پیشرفت چندانی در این حوزه انجام نشده بود. با ورود ابزارهای همراه دیجیتالی، فناوری جدید باتری‌های یون هلیوم توانست این صنعت قدیمی را تکان دهد.
اما به‌طور کلی باتری‌ها از هرنوعی که باشند، معمولا بلای جان کاربران ابزارهای همراه هستند. اگر بادوام باشند، آن‌قدر سنگینند که کاربر مجبور می‌شود گاهی از خیر جابه‌جا کردن آن بگذرد و اگر هم سبک باشند، معمولا یا عملکرد دستگاه را پایین می‌آورند و یا طول عمر کمی دارند و یا بدتر از همه، ‌هر دو مشکل را با هم دارند!
در اینجا دانشمندان به یاد کاردستی‌های کودکی‌های خود افتادند. اگر بتوان کاغذ را تا کرد و با خود همه جا برد و طرح‌های انعطاف پذیری مثل اریگامی ساخت، چرا باتری از این قاعده مستثنی باشد؟
از همان روز که این ایده برای اولین بار مطرح شد تا روزی که به مرحله اجرا درآمد محققان زیادی در سراسر دنیا برای پیشرفت دادن این ایده مشغول بوده اند.
محققین استنفورد با نصب لایه‌ای از لیتیوم و نانوتیوب کربنی در دو طرف یک ورقه کاغذ معمولی، باتری قابل شارژ بسیار نازک،‌ سبک، انعطاف‌پذیر و البته با کارآمدی بالایی ساخته‌اند که تقریبا هم‌وزن کاغذ است. گفته می‌شود جابه‌جایی آن درست مثل جابه‌جا کردن یک ورق A4 است. یک محقق ژاپنی دانشگاه بینگمتون باتری جدیدی ساخته است که تولید اندک برق در آن به واسطه تنفس باکتری‌ها در قطره‌ای از آب آلوده موجود در کاغذ آن صورت می‌گیرد. قطره مایع حاوی باکتری قابلیت به کارگیری جهت تأمین برق مورد نیاز حسگر مبتنی بر کاغذ را دارد. این ابتکارعمل جدید در مناطق دورافتاده‌ای که امکان دسترسی به شبکه برق وجود ندارد از اهمیت زیادی برخوردار است.
ربات‌های تاشو با الهام از باتری‌های تاشو ساخته شدند
ربات‌های تاشو، ربات‌هایی هستند که در جاهای زیادی به یاری انسان مدرن امروز می‌آیند، ربات‌هایی که قابلیت خم و راست شدن دارند و می‌توانند در لولاهای در و دستگاه‌های الکترونیکی ظریفی که نیاز به حرکات‌های خمشی دارند به کار بروند. تصور کنید بخواهیم این ربات‌ها را مانند یک باتری تاشو، طوری طراحی کنیم که قابلیت‌های زیادتری از خود نشان بدهند. باتری‌هایی که تا به حال در این ربات‌ها به کار می‌رفتند، به دلیل بزرگ بودن منبع تغذیه و حجم زیادی اشغال کردن، از قابلیت‌های این ربات‌های تاشو می‌کاستند، ولی همین چند روز قبل محققان دانششکده مهندسی بیوتکنولوژی دانشگاه هاروارد، طرحی از یک ربات تاشو را در آخرین شماره نشریه ساینس ربوتیک ارایه کردند که بدون نیاز به یک باتری حجیم و با توجه به طراحی خاص خودش می‌تواند به آسانی حرکات خمشی خود را انجام دهد. سرپرست این تیم تحقیقاتی می‌گوید که ایده ساخت این ربات مانند ساختن طرح‌های اریگامی بسیار ساده است. در ربات جدید، مانند باتری‌های تاشو، اجزای یک مدار الکتریکی طوری روی سطح ربات جاسازی می‌شوند که حرکات آن را محدود نکنند و سپس به وسیله یک سیم پیچ وایرلس آن را کنترل می‌کنند.
ربات ساخته شده توسط این تیم تحقیقاتی، تخت و نازک (شبیه کاغذ) از جنس تتراهیدورهای پلاستیکی است که با سه مثلث بیرونی که به وسیله یک لولا به یک مثلث مرکزی متصل هستند و یک مدار کوچک در مثلث مرکزی قرارداده شده است. به لولاها کویل‌هایی ساخته شده از فلزی به نام (SMA) متصل می‌باشند که می‌توانند پس از تغییر شکل، به وسیله حرارت دادن در دماهای مشخصی، به شکل اولیه بازگردند. هنگامی که لولاهای ربات به صورت مسطح قرار دارند، کویل‌های SMA، تغییر شکل داده و کشیده می‌شوند. هنگامی که یک جریان الکتریکی از طریق مدار عبور می‌کند و کویل‌ها حرارت می‌یابند، آن‌ها به حالت اولیه و آرام خود باز می‌گردند، در واقع مانند عضلات کوچکی در بدن انسان عمل می‌کنند که می‌توانند خم و راست شوند و مثلث‌های بیرونی را به سمت مثلث درونی حرکت بدهند. مثل اینکه ربات بتواند دست و پاهایش را مثل انسان حرکت بدهد. نیروی اصلی این باتری‌ها توسط میدان الکتریکی حاصل از یک سیم پیچ وایرلس ایجاد می‌شود که مشابه شارژرهای وایرلس گوش‌های موبایل است. یکی از کاربردهای قابل توجه این ربات‌های تاشو، می‌تواند در جراحی‌های آندوسکوپی باشد که به جای وارد کردن یک لوله به معده بیمار و تحمل درد ناشی از آن، بیمار یک ربات تاشو را قورت می‌دهد. در این صورت پزشک می‌تواند با استفاده از سیستم کنترل وایرلس این ربات‌ها و حرکات پیچشی و خمشی آن‌ها در معده بیمار به سادگی از دستگاه گوارشی و در هر زاویه و جهتی فیلمبرداری کند.