أخبار

قام فريق بحثي في كلية جون أ. بولسون للهندسة والعلوم التطبيقية بجامعة هارفارد ببناء روبوت متنقل ذاتي الحركة ينفذ مهام الملاحة وفرز الأشياء المادية دون معالج إلكتروني أو دائرة تحكم شبه موصلة. من خلال استبدال نوى الحوسبة التقليدية بهندسة هيكلية مدمجة وحلقات تغذية راجعة ميكانيكية مطاطية، يوضح النظام الأساسي أن القرارات التكتيكية عالية الدقة يمكن أن تنشأ بالكامل من الخصائص المادية والتفاعلات الفيزيائية. يشير هذا التطور إلى تحول جذري في هندسة الأتمتة المرنة، مما يثبت أن آليات الفرز المتخصصة يمكن أن تعمل بشكل موثوق في البيئات القاسية دون الحاجة إلى أدوات استشعار حساسة أو بنية تحتية للمعالجة الدقيقة.

في لوجستيات المصانع الحديثة ومرافق الفرز، حتى مهام مناولة المواد الأساسية تعتمد بشكل كبير على بصمة رقمية واسعة النطاق، بما في ذلك مصفوفات الرؤية الآلية عالية الدقة، وأجهزة استشعار القرب بالموجات فوق الصوتية، ولوحات تحليل البيانات المعقدة. بينما يوفر هذا النهج الرقمي متعدد الطبقات وعيًا عميقًا بالحالة، فإنه يؤدي في الوقت نفسه إلى تضخيم تكاليف الملكية الإجمالية للمعدات ويعرض الأجهزة لتداخل الضوضاء الكهربائية، وإجهاد الاهتزاز الميكانيكي، ومعدلات استهلاك الطاقة العالية. لعمليات الفرز القياسية أو الاحتواء الأساسي للعوائق، يمكن أن يؤدي تأمين عقد أتمتة بالذكاء الاصطناعي على مستوى المؤسسة لمراقبة الخطوط الموحدة غالبًا إلى زيادة التكاليف الهندسية المفرطة. تتصدى مبادرة هارفارد لهذا التعقيد الهيكلي من خلال تضمين الذكاء الوظيفي مباشرة في الشكل المادي للروبوت، مما يخلق آلية ذاتية التحكم مدفوعة بالكامل بقانون الشكل الذي يتبع الوظيفة.

يستخدم النموذج الأولي محركًا كهربائيًا واحدًا غير متصل بالشبكة مقترنًا بسلسلة من الأربطة المطاطية عالية الشد المكونة كشبكة نقل تفاعلية. لجمع المقاييس المكانية البيئية، يمد الهيكل زوجًا من الهوائيات الميكانيكية التي تعمل كمجسات لمس أثناء الانتقال. عندما يلامس مسبار بلطف عائقًا على محيطه، فإن التأثير الحركي المادي يغير أنماط الشد للمكونات المرنة المتصلة، مما يحول ميكانيكيًا خرج لف المحرك إلى اتجاه دوران بديل. يوجه متجه التغذية الراجعة المادي الفوري هذا آلية المشي بعيدًا عن الحاجز على طول مسار خالٍ من العوائق، مما يؤسس تسلسل ملاحة بحلقة مغلقة دون تنفيذ سطر واحد من تعليمات البرامج.

من خلال تعديل المواقع الهندسية وخطوط الأساس للشد الأولي للأربطة المطاطية، يمكن لمهندسي التطوير "برمجة" أنماط مصفوفة سلوكية مميزة في كتل هيكلية متطابقة. في أحد التكوينات، تتم معايرة المفاصل الميكانيكية للانزلاق بسلاسة فوق بعضها البعض عند الاصطدام، مما يتيح التنقل السلس في المتاهة. يؤدي تغيير طفيف في موضع الأربطة إلى تحويل نمط السلوك، مما يتسبب في تشابك الروابط الداخلية بإحكام عند مواجهة المقاومة، مما يسمح للآلية بفرز الأشياء بناءً على عتبات كتلتها الفيزيائية بالكامل. يوضح هذا التباين في سرعة الاستجابة وسلوك الإغلاق الهيكلي أن المنطق الميكانيكي المعقد يمكن أن يحل محل المكونات شبه الموصلة الهشة في تطبيقات فرز المواد منخفضة المستوى.

بينما لا يُقصد من هذه الأطر الميكانيكية "بلا دماغ" أن تحل محل الروبوتات الصناعية متعددة المحاور، إلا أنها توفر بديلاً فعالاً للغاية من حيث التكلفة لخطوط المعالجة ذات الحجم الكبير والمتكررة للغاية التي تعمل تحت قيود اقتصادية ضيقة. تركز نواقل البحث المستقبلية على زيادة سرعات السفر، ودمج امتصاص الصدمات المتقدم بضغط الزنبرك، واختبار سبائك الذاكرة الشكلية للسماح للكتل المستقلة بالقفز فوق حطام المسار الهيكلي. علاوة على ذلك، يمكن لمدمجي أنظمة المصانع نشر هذه الآليات ضمن الهياكل الصناعية الهجينة، باستخدام المنطق الميكانيكي البحت لتنفيذ مهام المناولة الشاقة على جانب الخط مع الاحتفاظ ببرامج التحليلات التنبؤية المتقدمة وخطوط التحكم الإلكترونية فقط لتنسيق المصنع من الدرجة الأولى، مما يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة ويطيل عمر النظام.

كتبه نيكولاس فانس، مهندس أنظمة صناعية أول يتمتع بخبرة تزيد عن خمسة عشر عامًا في المجال في تهيئة شبكات الآلات الموزعة، وتحسين حلقات الاستشعار الكهروضوئية، وإدارة معماريات تكامل الأنظمة لمرافق التصنيع ذات الإنتاج الكبير.