مجلة عالم التكنولوجيا
مجلة تكنولوجية شاملة

دراسة: يمكن تحويل الديدان إلى روبوتات

عالم التكنولوجيا      ترجمة

 

ماذا لو تحولت عصا المشي الخاصة بك إلى كرسي قابل للطي أثناء خروجك في نزهة برية؟ أو إذا كانت قطعة من ورق التغليف يمكن أن تطوي نفسها حول عبوة؟ كانت فكرة تغيير شكل المادة الفعالة عنصرًا أساسيًا في برمجة الخيال العلمي لعقود.

لكن التجارب التي أجراها فريقان في جورجيا وهولندا الآن تثبت أن فكرة المادة النشطة قد لا تكون بهذا الشكل. باستخدام تكتلات الديدان كنموذج بيولوجي؛ يصمم الباحثون أجهزة ميكانيكية قد تكون يومًا ما قادرة على إعادة تشكيلها في أشكال مختلفة، تمامًا مثل الصلصال.

في إحدى التجارب الحديثة بدأ الباحثون بملاحظة عشرات الآلاف من الديدان السوداء في كاليفورنيا، وهي كائنات متواضعة تشكل كتلًا حية للهروب من الجفاف والحرارة؛ لدراسة مبدأ كيفية عمل المادة النشطة.

وشاهدوا الديدان تتجمع في كرات كروية لحماية نفسها، ثم أرسلوا بعض الديدان معًا لتشكيل مجس يشبه الأطراف للبحث عن الرطوبة أو مكان أكثر برودة.

يقول “سعد بهاملا”؛ الأستاذ المساعد في الهندسة الكيميائية والجزيئية الحيوية في معهد جورجيا للتكنولوجيا: “إذا أخذت نقطة من هذه الديدان وأمسكت بها في يدك، فإنها تتصرف مثل المعجون وتتدفق عبر أصابعك. ولكن إذا صنعت منهم كرة ورميتها على الأرض، فلن تتناثر. هذه الديدان تحافظ على سلامتها وشكلها، ولديهم سلوك صلب وشبيه بالسائل، كما يمكنهم التحرك عبر الأسطح المستوية ويمكنهم الزحف على الأشياء معًا”.

في الواقع، يقول “بهاملا” إنه رأي الديدان لأول مرة أثناء المشي بجوار بركة جافة في حرم جامعة ستانفورد في عام 2017 كطالب دراسات عليا. كان يشعر بالفضول لمعرفة نوع الحياة التي قد تعود إلى بحيرة منكوبة بالجفاف.

ويتذكر “بهاملا”: “أمطرت للتو، وكنت متحمسًا لأن كاليفورنيا تعرضت لجفاف شديد. كنت أشعر بالفضول بشأن هذه البركة، ماذا يحدث عندما تصل المياه؟ أي نوع من الحياة قد تظهر؟”.

وقام “بهاملا” وزميلته ما بعد الدكتوراه “ياسمين أوزكان أيدين”، ببناء “صالة للألعاب الرياضية للديدان” في مختبرهما لمعرفة كيف قامت الديدان الفردية بسحب والتواء الآخرين معًا لتشكيل هذه الهياكل.

تضمنت صالة الألعاب الرياضية الدودية أذرعًا وأعمدة صغيرة سمحت لها بقياس بعض القوى التي تستخدمها دودة أو ثلاث دودات قادرة على تحريك فقاعة مكونة من 15 دودة عبر سطح. كانت بعض الديدان أقوى من غيرها، لكنها أصبحت كسولة وتوقفت عن العمل؛ لزيادة درجة الحرارة في الحاوية.

تم ملاحظة الديدان تتحرك كمجموعة بعيدًا عن الأضواء الساطعة نحو المناطق الأكثر برودة والأكثر قتامة. كما عملت بعض الديدان كجاذبات، بينما ساعد البعض الآخر في تقليل احتكاك النقطة بأكملها من خلال العمل كرافعات.

بينما يتجمع النحل والطيور والنمل معًا للتزاوج أو حماية أنفسهم من الحيوانات المفترسة، فإن هذه الديدان قادرة على تجديل نفسها معًا لإنجاز المهام التي لا يمكن للأفراد غير المتصلين التعامل معها.

إنها تعيش في قاع برك المياه العذبة، وتتغذى على البكتيريا والكائنات الدقيقة الأخرى. خلال فترات الجفاف المستمر، عندما تنخفض المياه في البرك، يكون تكوين الفقاعة نوعًا من اتخاذ القرارات الجماعية التي تمكن الديدان من البقاء لفترة أطول دون أن تجف.

إن كرة الدودة قادرة على الحفاظ على الماء؛ لأنها تعرض مساحة أقل للهواء من الديدان إذا بقيت منفردة. يمكن أن تنمو بعض هذه الكرات بحجم يصل إلى 100000 دودة.

ثم عاد “بهاملا” إلى البركة بزجاجة من الماء وماصة لجمع الديدان المتجددة التي بدأت تشكل تشابكًا صغيرًا من الحياة. بعد تخرجه بدرجة الدكتوراه في الهندسة الجزيئية من جامعة ستانفورد، انتقل “بهاملا” إلى منصب في جامعة جورجيا للتكنولوجيا وقام بإجراء تجارب على النقاط الدودية منذ ذلك الحين.

من خلال دراسة هذه الديدان في المختبر؛ تمكن فريق جورجيا أيضًا من بناء نظائر ميكانيكية بسيطة لنقط الدودة. وباستخدام سلوك الدودة كمخطط؛ ابتكر ” أيدين” ستة روبوتات مطبوعة ثلاثية الأبعاد، يبلغ طول كل منها حوالي 3 إلى 4 بوصات. (على عكس الديدان الفعلية، كان لكل جهاز ذراعان وجهازا استشعار للضوء)، بعد ذلك يمكن برمجتها لأداء حركات مختلفة وملاحظتها وهي متشابكة مع بعضها البعض.

ويأمل الباحثون في تطوير أسراب روبوتية مستقبلية ذات كفاءة أفضل في استخدام الطاقة، وقام المجربون بقياس الطاقة التي يستخدمها كل روبوت على حدة. وقرر الفريق أن الروبوتات تستخدم طاقة أقل أثناء التذبذب من الزحف.

ونشر باحثو جامعة جورجيا للتكنولوجيا نتائج تجاربهم على النقط الدودية ونظيراتها الروبوتية هذا الشهر في مجلة “Proceedings of the National Academy of Sciences”.

قد يؤدي هذا النوع من العمل في يوم من الأيام إلى مادة نشطة قابلة للبرمجة، كما يقول “دانيال جولدمان”؛ أستاذ الفيزياء في جامعة جورجيا للتكنولوجيا. المادة الفعالة هي مادة افتراضية يمكن أن يتغير شكلها تمامًا مثل فقاعات الدودة؛ حيث تنظم جسيمات المادة الصغيرة نفسها استجابةً لمحفز أو برنامج. تخيل أن ورق التغليف الذاتي، على سبيل المثال، أو أداة معدنية سائلة يمكنها إعادة تشكيل نفسها اعتمادًا على نوع العمل الذي تحتاج إلى القيام به.

يضيف “جولدمان”: “يمكن لنماذج الروبوت هذه أن تعمل مثل النماذج النظرية والحاسوبية لاختبار الفرضيات البيولوجية. بمجرد بدء تشغيل النظام المادي للروبوت، يمكن أن يلهم المهندسين لإنشاء أجهزة هندسية أفضل”.

يدرس “أنطوان دبلايس” أيضًا فكرة المادة الفعالة أيضًا، وهو باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة أمستردام، والذي أجرى تجارب على أنواع أخرى من الديدان التي تستخدم كغذاء لأسماك الزينة. هو أيضًا لاحظ السلوك الجماعي للديدان كطريقة لفهم الحركة، ولكن في هذه الحالة سلوك الجزيئات في البوليمرات، الجزيئات الكبيرة التي تشكل العديد من المواد البلاستيكية.

في تجربة نُشرت العام الماضي في مجلة “Physical Review Letters”. وضع “دبلايس” وزملاؤه نقطة من ديدان الحمأة في جهاز خاص لقياس لزوجة السائل المحيط بها. مع انخفاض درجة الحرارة، يمكن للديدان أن تغير لزوجة أو سمك السائل، وتحول السائل إلى كتلة صخرية من الأنواع تمامًا مثلما يحدث للبلاستيك والبوليمرات الكيميائية الأخرى عند تبريدها.

ويقول “دبلايس”:”إن الخطوة التالية هي تطوير نوع من “البوليمر النشط” أو البلاستيك الذي يمكنه إعادة تشكيل نفسه بسرعة اعتمادًا على استخدامه”.

ويوضح  أن تجارب فريق جورجيا مع كل من الديدان ونظائرها الروبوتية قد تؤدي إلى أنواع جديدة من الأجهزة أو المواد التي يمكن برمجتها للضغط في المساحات الضيقة.

ويتابع “دبلايس”: “إذا وضعت هذه الديدان أو الروبوتات في منطقة ما يمكنك القيام بالكثير من الأشياء. في بيئة معادية أو منطقة حرب، يمكن أن تتدفق من خلال قيود في المباني أو فوق منطقة طبيعية وعرة”.

بالطبع، لا يزال تصميم وبناء مادة نشطة أو مادة قابلة للبرمجة متغيرة الشكل بعيدة المنال. ومع ذلك يرى “بهاملا” و”جولدمان” أننا يومًا ما سنتمكن من تغيير الخيوط المجهرية والجزيئات التي تشكل المواد إلى أشكال وقوى مختلفة، أو تتصرف مثل سائل وصلب، تمامًا مثل الديدان الحية في المختبر.

 

اقرأ أيضًا:

ابتكار روبوتات تشبه الديدان لمراقبة التربة واستخراج البيانات

 

ولمتابعة أحدث الأخبار الاقتصادية اضغط هنا

الرابط المختصر :

اترك رد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.