باحثون يبتكرون روبوتات تنطوي ذاتيًا مصنوعة بتقنية الكيريجامي اليابانية

روبوتات بسيطة
شرح فريق من الباحثين كيف تتيح لهم تقنية مستوحاة من فن الكيريجامي الياباني، أو فن قص الورق، تصميم أوراق رقيقة من مواد تعيد تشكيل ذاتها تلقائيًا إلى أشكال ثنائية الأبعاد وهياكل جديدة ثلاثية الأبعاد استجابةً للمنبهات البيئية. وابتكر الباحثون مجموعة متنوعة من الأجهزة الآلية باستخدام هذه الطريقة لإثبات إمكانية تطبيق هذا المفهوم.

وقال جي يين، الأستاذ المساعد في الهندسة الميكانيكية والفضائية في جامعة ولاية كارولاينا الشمالية، ومؤلف الورقة البحثية «هذه أول مرة نشهد فيها أنماط كيريجامي ثنائية الأبعاد تعيد تشكيل ذاتها تلقائيًا لتتحول إلى هياكل مميزة ثلاثية الأبعاد دون آليات ميكانيكية، إذ تعيد المواد ترتيب ذاتها عندما نطبق عليها طاقة حرارية.»

والكيريجامي فن ياباني لقص الورق، وهو قص قطعة واحدة من الورق وطيها لإنتاج أشكال وهياكل جديدة. ويعتمد مفهوم الكيريجامي النشط على مادة ثلاثية الطبقات، تتكون من طبقتين خارجيتين لا تستجيبان للحرارة، وبينهما طبقة بوليمر تستجيب للحرارة وتتقلص. ويستطيع العلماء التحكم بشكل المواد بآليتين؛ تتحكم عمليات القطع التي تخترق الطبقات الثلاث بمجال حركة المادة، وتتحكم النقوش السطحية، والتي تخترق الطبقتين الخارجيتين وتكشف البوليمرات المستجيبة للحرارة، بالزاوية والاتجاه اللذين تنطوي بهما المادة، والمدى الأقصى للطي. وعندما تنطوي المادة، تظهر فتحات القص، ويتحول شكل الأوراق إلى تصميمات ثنائية الأبعاد أو ثلاثية الأبعاد.

وقال يين «نستطيع صنع قالب ثنائي الأبعاد بالاعتماد على نمط مكرر للفتح المقصوصة، واستخدامه لإنشاء العديد من الهياكل ثلاثية الأبعاد المختلفة بإجراء تغييرات طفيفة في النقوش، ما يتيح برمجة أوراق الكيريجامي.»

مجالات متنوعة
استخدم الباحثون لإثبات المفهوم تقنية الكيريجامي المعدلة لتصميم مجموعة من آلات الكيريجامي التي تستجيب للحرارة، كأدوات تثبيت بسيطة وصناديق قابلة للطي ذاتيًا. وابتكر الباحثون أيضًا روبوتًا مطاوعًا بجسم كيريجامي وسيقان هوائية. ويمكن للباحثين تغيير موضع السيقان بسرعة، وتغيير اتجاه حركة الروبوت، بتبديل اتجاه الجسم.

وقال يين «استخدمنا بوليمرًا يستجيب لدرجة الحرارة، لكن هذا لا يعني أننا لا نستطيع استخدام بوليمرات تستجيب لمنبهات أخرى، كالبلورات السائلة التي تستجيب للضوء. ونحن متحمسون لاستكشاف المجال المحتمل لتطبيقات مواد الكيريجامي النشطة القابلة للبرمجة.»