إن البحث الجديد حول قوة الإمساك بالإصبعين الموجودين على طرف خرطوم الفيل سيعزز الروبوتات.
يستخدم الفيل خرطومه في الأكل، وشرب الماء، والتواصل، واستكشاف البيئة، والسلوك الاجتماعي، وصنع الأدوات واستخدامها. فالخرطوم، الذي يحتوي على ست مجموعات عضلية، ليس قويًا جدًا فحسب - بل يمكنه اقتلاع شجرة - ولكن يمكن استخدامه بدقة كبيرة. تستخدم الفيلة عددًا من التقنيات للإمساك بالأشياء، بما في ذلك الشفط والقرص بـ "الإصبعين" الموجودين على طرف الخرطوم ولف الخرطوم حول الجسم.
كانت الباحثة بولين كوستيس جزءًا من مجموعة من العلماء الذين اختبروا ست إناث من أفيال السافانا الأفريقية في حديقة الحيوان لمعرفة مقدار القوة التي تمارسها أطراف خرطومها وأي جزء من طرف الخرطوم هو الأقوى. وتشرح كيف سيتم استخدام هذه النتائج لتحسين قدرة الروبوتات على الإمساك بالأشياء والتعامل معها.
بماذا شرعت في الدراسة ولماذا؟
في هذا المشروع البحثي، قمنا بدراسة الحد الأقصى لقوة القرص التي يمارسها طرف خرطوم فيلة السافانا الأفريقية. يتكون خرطوم الفيل بشكل أساسي من العضلات، وليس له بنية صلبة (لا توجد عظام)، ويحتوي على العديد من الأعصاب، مما يمنحه قوة ودقة وإحساسًا كبيرًا.
وقد قامت دراسات سابقة بقياس قوة الخرطوم بأكمله عندما تقوم الفيلة بلفه حول جسم ما. ركزنا على مدى قوة طرف الخرطوم. يتكون طرف خرطوم الفيل من نتوءين يشبهان الإصبع: واحدة مدببة في الأعلى وواحدة أكثر استدارة وأقصر في الأسفل. لقد درسنا أيضًا كيف يؤثر موضع الخرطوم على القوة التي يمارسها الفيل.
لقد حاول المهندسون الإلكترونيون الذين يصممون الروبوتات تقليد المرونة والطريقة التي يمكن أن تلتوي بها الأنسجة البيولوجية الطبيعية أو تدور عندما تؤدي مهام مختلفة. يُعرف هذا بالتكنولوجيا المستوحاة من الحياة الحيوية. على مدى السنوات العشرين الماضية، كان خرطوم الفيل مصدر إلهام لهذا البحث، وخاصة في مجال الروبوتات الخاصة بالإمساك والتلاعب.
يهدف بحثنا إلى معرفة مدى قوة قبضة طرف صندوق السيارة. يتيح هذا النوع من الإمساك التقاط الأشياء الصغيرة بدقة عالية. وهذا مفيد بشكل خاص في مجال الروبوتات الناعمة، والتي تركز على تصميم وتصنيع الروبوتات باستخدام مواد مرنة وقابلة للتشوه، مستوحاة من علم الأحياء.
ما هي النتائج الرئيسية التي توصلت إليها؟
قمنا بقياس قوة قرصة قصوى تبلغ 86.4 نيوتن. النيوتن، الوحدة الدولية لقياس القوة، يقابل القوة التي تعطي كتلة مقدارها كيلوغرام واحد تسارعًا قدره متر واحد في الثانية المربعة. وبالمقارنة، فإن الحد الأقصى لقوة الضغط بين الإبهام والسبابة لدى البشر يتراوح بين 49 و68 نيوتن.
لقد وجدنا أن طرف الخرطوم يستخدم للإمساك بالأشياء بدقة عالية ولكن بدون قوة كبيرة. هذه معلومات مفيدة للتطوير المستقبلي للقابضين الناعمين للروبوتات. يجب أن تكون بعض الروبوتات قادرة على الإمساك بالأشياء إذا أرادت القيام بأنشطة روتينية. تعتبر المقابض الناعمة - الأداة الموجودة في نهاية ذراع الروبوت - أهم عنصر في عملية الإمساك.
تتكيف المقابض الناعمة المستندة إلى خرطوم الفيل أيضًا مع البيئات المزدحمة وغير المتوقعة من خلال إعادة تشكيل شكلها. بمعنى آخر، تقوم بتكييف أجسامها المرنة مع الأشياء التي يتفاعلون معها.
المزيد من الأبحاث يعني قابضون أفضل. فيما يلي بعض الأمثلة حول كيفية استخدام الروبوتات الناعمة:
الطب: استخدام الروبوتات في العمليات الجراحية ذات التدخل الجراحي البسيط.
الصناعة: التعامل مع الأشياء الهشة أو غير المنتظمة الشكل على خطوط الإنتاج.
البحث والاستكشاف: تطوير الروبوتات القادرة على التنقل في البيئات الصعبة أو التي يتعذر الوصول إليها.
الزراعة: حصاد الفواكه والخضروات الحساسة دون الإضرار بها.
ووجدنا أيضًا اختلافًا في القوة بين "إصبعي" الفيل. وهذا لم تتم دراسته من قبل.
كيف اكتشفت هذا؟
لقد أنشأنا جهازًا لقياس قوة الضغط على طرف خرطوم الفيل. كان هذا صندوقًا مزودًا بمستشعرين للقوة متصلين بنظام إلكتروني. سجل النظام قوة القرصة وأطلق التفاح تلقائيًا كمكافأة.
الفيل يمسك التفاحة
تم إطلاق التفاحة عندما تمكن الفيل من قرصها بقوة كافية لعبور عتبة محددة مسبقًا. ثم كان على الخرطوم أن يقرص بقوة أكبر في المرة التالية لتحرير التفاحة التالية. وتكرر ذلك حتى وصلت الأفيال إلى أقصى قوة يمكنها التعامل معها.
ومن خلال وضع أجهزة الاستشعار عموديًا ثم أفقيًا على الصندوق، يمكننا أن نرى كيف ستمسك بها الأفيال في هذه الاتجاهات المختلفة. لقد أظهر لنا هذا كيف يؤثر موضع الخرطوم على القوة التي يمارسها.
استغرقت المعدات نفسها بعض الوقت لإعدادها وتجهيز الأفيال لها من خلال التدريب. تم إجراء الاختبارات باستخدام المستشعرات وحدها، ثم تم اختبار نماذج أولية مختلفة للصندوق حتى أصبح الصندوق النهائي فعالاً وصلبًا إلى حد ما. بعد مرحلة الاختبار الأولية هذه، التي أجراها العديد من الباحثين في فريقنا، قضيت ثلاثة أشهر في حديقة الحيوان لجمع البيانات اللازمة لهذا العمل.
كيف أفاد بحثك الأفيال؟
كانت الفائدة المباشرة الأولى هي تحفيز الأفيال الأسيرة من خلال أنشطة الإثراء.
بحث بحثنا أيضًا في كيفية اختلاف تقنيات الإمساك بالخرطوم بين مجموعات مختلفة من الأفيال التي تعيش في العديد من الموائل والعلاقة مع كثافة وحجم الغطاء النباتي. هذه المعرفة الجديدة مفيدة للحفاظ على الأفيال، حيث تساعد العلماء على معرفة كيف سيؤثر تغير المناخ، الذي يغير موائل الأفيال، على سلوكهم الغذائي.
المصدر: