By Hafifah Aman 
حتى الآن، عندما ابتكر العلماء والمهندسون روبوتات ناعمة مستوحاة من الكائنات الحية، ركزوا على الأمثلة الحية في العصر الحديث. على سبيل المثال، أبلغنا سابقًا عن تطبيقات الروبوتات اللينة التي تحاكي الحبار والجنادب والفهود. ومع ذلك، ولأول مرة، قام فريق من الباحثين الآن بدمج مبادئ الروبوتات الناعمة وعلم الحفريات لإنشاء نسخة روبوتية ناعمة من Pleurocystid، وهو مخلوق بحري قديم عاش قبل 450 مليون سنة.
ترتبط البليوروسيستيدات بشوكيات الجلد الحديثة مثل نجم البحر والنجوم الهشة. ويعتقد أن الكائن الحي له أهمية كبيرة في التطور أول شوكيات الجلد لقد كان متحركًا: يستخدم عمودًا عضليًا للتحرك في حوض المحيط. ولكن، في غياب الأدلة الأحفورية، العلماء غير واضح كيف استخدم المخلوق الجذع للتحرك تحت الماء. يقول مؤلفو دراسة منشورة سابقًا تركز على جذع شوكيات الجلد: “على الرغم من أن عاداته الحياتية ووضعياته مفهومة جيدًا إلى حد معقول، إلا أن الآليات التي تتحكم في حركة جذعه مثيرة للجدل إلى حد كبير”. ملحوظة.
أتاحت نسخة طبق الأصل من الروبوت الناعم المطور حديثًا من الكيس الجنبي (المعروف أيضًا باسم “رومبود”) للباحثين فك رموز الألغاز المختلفة المرتبطة بحركة الكائن الحي وتطور شوكيات الجلد. تشير دراستهم أيضًا إلى أن هذا التكرار يمكن أن يكون بمثابة أساس لعلم الحفريات القديمة، وهو مجال جديد نسبيًا يستخدم الروبوتات الناعمة والأدلة الأحفورية لدراسة الاختلافات في التخليق الحيوي بين أشكال الحياة.
بناء نسخة طبق الأصل من الروبوت الناعم
هناك العديد من الأسباب التي جعلت العلماء لا يحاولون إنشاء نسخة روبوتية ناعمة من شيء منقرض وبدائي مثل الجنبة. نظرًا لعدم وجود نظير حديث، فإن فهم كيفية تحرك المخلوق أمر صعب. بالإضافة إلى ذلك، توفر الأدلة الأحفورية معلومات محدودة فقط حول كيفية تحرك الكائن الحي. على سبيل المثال، يدعي بعض الباحثين أن التهاب الجنبة يسبح، ويرى آخرون ذلك أظهرت حركات التجذيف أو الجيبية.
وللتغلب على هذه التحديات، عمل الباحثون مع علماء الحفريات المتخصصين في شوكيات الجلد. قاموا بجمع الصور الأحفورية، والأشعة المقطعية، وأي دليل آخر يمكنهم العثور عليه، ثم استخدموا هذه البيانات لنموذج الجسم والجذع للكيس الجنبي. ثم استخدموا صب المطاط الصناعي والطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء أجزاء مختلفة من الروبوت بناءً على التصميم.
وعندما حاولوا تحريك الروبوت باستخدام جذع (مثل الكيس الجنبي الحقيقي)، واجهوا تحديًا آخر. وقال الباحث الرئيسي وطالب الدكتوراه: “يستخدم المحرك الناعم سلك الننتول، وهو عبارة عن سبيكة ذات ذاكرة شكلية (SMA) تحترق بشكل متكرر وتمتد بشكل دائم. ويتطلب الأمر قضبان متعددة (تم تصنيع ما يقرب من 100 قضيب) ويجب استبدالها عند كسرها”. قال ريتشارد ديساتنيك من جامعة كارنيجي ميلون (CMU) لآرس تكنيكا.
وكان تكرار ألياف العضلات الملساء الناتجة عن التهاب الجنبة أمرًا صعبًا أيضًا؛ لأن الباحثين لم يتمكنوا من استخدام المحركات التقليدية، التي تكون كبيرة الحجم وقاسية للغاية. وبدلا من ذلك، كان علينا استخدام سلك خاص من “العضلات الاصطناعية” مصنوع من سبائك النيكل والتيتانيوم، والذي ينقبض استجابة للتحفيز الكهربائي. وأضاف كارمل مجيدي، كبير مؤلفي الدراسة وأستاذ الهندسة الميكانيكية في جامعة كارنيجي ميلون: “لقد سمح لنا ذلك بإنشاء محرك يشبه العمود يتوافق مع مرونة أعمدة العضلات الطبيعية”.
أجرى الباحثون بعض عمليات المحاكاة لمعرفة كيف سيتحرك الروبوت تحت الماء. لقد اكتشفوا أن العمود الأطول أدى إلى حركة أفضل. ووفقا للدراسة، فإن هذا يتوافق مع الأدلة الأحفورية التي تشير إلى تطور السيقان الطويلة في الجنبة مع مرور الوقت.
وبعد دراسة عمليات المحاكاة، وضع الباحثون الروبوت تحت البحر في حوض أسماك مقاس 42 × 42 بوصة. وأجروا عدة اختبارات لدراسة حركة الروبوت، استغرقت كل منها دقيقتين. وقال الباحثون: “لقد أثبتنا أن المشية الأوسع والأوسع كانت ستكون أكثر فائدة لهذه شوكيات الجلد، وأن زيادة طول الجذع ربما يكون قد أدى إلى زيادة كبيرة في السرعة مع القليل من تكلفة الطاقة الإضافية”. ملحوظة في دراستهم.
دراسة الحيوانات المهددة بالانقراض
يبدو إنشاء نسخ طبق الأصل وظيفية من الأنواع القديمة المنقرضة باستخدام علم الحفريات القديمة أمرًا مثيرًا للاهتمام للغاية، ولكن ما الذي يمكن للروبوتات أن تخبرنا به ولا يمكن للسجل الأحفوري أن يخبرنا به؟ عندما سألنا مجيدي هذا السؤال، أوضح أنه من خلال التركيز فقط على الروبوتات المستوحاة من الأنواع الموجودة، فإن العلماء سيضيعون فرصة كبيرة لتعلم المبادئ البيولوجية والتطورية التي تحكم حياة العديد من الأنواع.
على سبيل المثال، يتضمن أحد التقديرات الكائنات الحية في العصر الحديث 1 بالمئة فقط من كل الحياة على الأرض. “يمكننا أن نبدأ بالتعلم من 99% من الأنواع التي كانت تجوب الأرض ذات يوم، بدلاً من 1%. هناك الكثير من الأنواع التي نجحت على مدى ملايين السنين، ثم انقرضت بسبب التغيرات الجذرية في بيئتها”. قال لآرس تكنيكا.
تزود النسخ الروبوتية الناعمة لمثل هذه الكائنات علماء الحفريات بأداة قوية لإنشاء أسرة اختبار تجريبية لدراسة الفرضيات حول كيفية تحرك أشكال الحياة القديمة وتطورها.
توضح الدراسة الحالية بنجاح أنه يمكن استخدام الروبوتات الناعمة “لإحياء” الأنواع المنقرضة ودراسة حركتها وميكانيكاها الحيوية. وأضاف ديساتنيك: “لم يتم القيام بهذا من قبل في مجتمع الروبوتات الناعمة، ونأمل أن يلهم هذا المزيد من الأبحاث في هذا المجال”.
PNAS، 2023. DOI: 10.1073/pnas.2306580120 (حول معرفات الهوية الرقمية)
روبيندرا براهمبات صحفي ومخرج سينمائي متمرس. وهو يغطي أخبار العلوم والثقافة، وعمل على مدى السنوات الخمس الماضية بنشاط مع بعض المؤسسات الإخبارية والمجلات والعلامات التجارية الإعلامية الأكثر ابتكارًا العاملة في أجزاء مختلفة من العالم.