بال‌های رباتیک الهام‌گرفته از پروانه بدون باتری، فقط با میدان‌های مغناطیسی پرواز می‌کنند

تیمی از محققان آلمانی با الهام از بال‌های پروانه‌ها، نوع جدیدی از بال‌های رباتیکی را توسعه داده‌اند که می‌توانند فقط با میدان‌های مغناطیسی کار کنند. بال‌های جدید که توسط محققان دانشگاه فنی دارمشتات و مرکز هلمهولتز درسدن-روسندورف ساخته شده‌اند، نیازی به باتری یا الکترونیک ندارند.

این بال‌ها می‌توانند کاربردهایی جالب از جستجو و نجات تا علوم پزشکی داشته باشند. محققان از کارایی و استقامت فوق‌العاده پروانه‌های شهریار که به مهاجرت‌های بسیار طولانی بین کانادا و مکزیک معروف هستند، الهام گرفته‌اند.

هر پاییز، میلیون‌ها پروانه شهریار سفری به طول ۳۰۰۰ مایل (۴۸۲۸ کیلومتر) از محل تولید مثل خود در آمریکای شمالی به اقلیم گرم‌تر جنوب غربی مکزیک برای زمستان انجام می‌دهند.

این بال‌های رباتیکی جدید با ترکیب حرکت با خمیدگی غیرفعال، پرواز با انرژی کارآمد را به دست می‌آورند، کاری که به ندرت خارج از دنیای طبیعت تکرار می‌شود. تیمی به رهبری پروفسور اولیور گتفلیش و دکتر دنیس ماکاروف از ترکیبی از پلاستیک انعطاف‌پذیر پوشیده شده با ذرات مغناطیسی ریز برای ساخت بال‌ها استفاده کردند.

بال‌ها از ترکیبی از پلی‌اورتان ترموپلاستیک و پودر مغناطیسی اندازه میکرون تشکیل شده‌اند. تیم با استفاده از چاپ سه‌بعدی فوزی رختخواب پودر (PBF)، طراحی‌های مختلفی را ساخته است.

الهام‌گرفته از زیبایی پروانه‌ها

تیم کشف کرد که ذرات مغناطیسی کار گذاشته شده، هنگامی که در معرض میدان‌های مغناطیسی خارجی قرار می‌گیرند، باعث می‌شوند که بال‌ها به روشی مشابه با پروانه‌ها خم شوند. طراحی مطلوب چالشی بود؛ اما پس از آزمایش کمتر از ۱۲ تکرار چاپ سه‌بعدی مختلف، تیم توانست بال‌هایی توسعه دهد که به طرز قابل توجهی به آنچه در پروانه‌ها تکامل یافته مشابه باشد.

طراحی‌های نهایی پس از تحقیقات گسترده‌ای در مورد مورفولوژی پروانه، سختی بال‌ها، مکانیک پرواز و رفتارهای مهاجرتی پیروی کردند.

تیم همچنین دریافت که بال‌های بزرگ‌تر با الگوهای شبیه به رگ، سازگارتر و آسان‌تر برای خمیدگی هستند.

«بزرگ‌ترین چالش چاپ ساختارهای بسیار نازک و انعطاف‌پذیری بود که بتوانند فشار را نیز تحمل کنند،» گفت کیلیان شافر، یکی از نویسندگان اصلی مطالعه.

نگاهی به آینده، این بال‌های جدید می‌توانند کاربردهای گسترده‌ای داشته باشند. یکی از آنها می‌تواند تحقیقات محیط‌زیستی باشد که در آن ربات‌های بال‌دار جمعیت گرده‌دهنده‌ها را نظارت کرده یا کیفیت هوا را اندازه‌گیری کنند.

آنها همچنین می‌توانند در بحران‌ها مفید باشند، با طراحی کوچک و کم‌مصرف خود، ربات‌ها را قادر می‌سازند تا مناطق خطرناک را برای عملیات جستجو و نجات پیمایش کنند. تیم همچنین اشاره کرد که طراحی جدید می‌تواند به راحتی برای علوم پزشکی اقتباس شود.

نیاز به کار بیشتر وجود دارد

توسعه ربات‌های کوچک و سبک با حرکات دقیق و قابل کنترل می‌تواند در جراحی‌های تهاجمی بسیار باارزش باشد، به ویژه هنگام عمل بر روی یا نزدیک بافت‌های حساس.

علاوه بر این، اصل استفاده از ذرات مغناطیسی به این روش می‌تواند به توسعه انواع جدیدی از ماهیچه‌های مصنوعی یا مواد نوآورانه دیگر که بتوانند به تقاضا تغییر شکل دهند، درها را باز کند.

در حالی که بال‌های رباتیکی در حال حاضر برای تغییر شکل به میدان‌های مغناطیسی خارجی متکی هستند، تیم خوش‌بین است که ژنراتورهای میدان مغناطیسی را به نسخه‌های آینده این فناوری اضافه کند.

«ما قصد داریم بررسی کنیم که چگونه اصلاحات در میدان‌های مغناطیسی می‌تواند حرکات و کنترل‌های پیچیده‌تری را میسر کند،» توضیح داد محمد بلال خان، یکی دیگر از نویسندگان اصلی.

این مطالعه در مجله Wiley Advanced Intelligent Systems. منتشر شده است.