تصور کنید دنیایی را که در آن حشرات رباتیک وظیفه حیاتی گرده‌افشانی را بر عهده می‌گیرند و کشاورزان دیگر نیازی ندارند به طبیعت یا گرده‌افشانی دستی محصولات با استفاده از قلم‌مو وابسته باشند.
این شگفتی‌های پیشرفته که از گرده‌افشان‌های طبیعی الهام گرفته‌اند، نوید می‌دهند که کشاورزی را با افزایش بهره‌وری و کاهش اثرات زیست‌محیطی متحول کنند.
دانشمندان مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) با تلاش فراوان در حال بازآفرینی روش‌های گرده‌افشانی مصنوعی هستند که ما را به این واقعیت شگفت‌انگیز نزدیک‌تر می‌کند.
پیشگامان کوچک تحولات بزرگ
این شگفتی‌های مکانیکی کوچک، که اندازه‌شان از یک گیره کاغذ هم کوچک‌تر است، انتظار می‌رود گرده‌افشانی را تسریع کنند، بازده محصولات را افزایش دهند و در عین حال اثرات مضر کشاورزی سنتی بر محیط‌زیست را به حداقل برسانند.
این حشرات رباتیک، که از زنبورها الهام گرفته‌اند، به زودی می‌توانند از کندوهای مکانیکی خود بیرون بیایند و با تقلید از کارایی و چابکی همتایان طبیعی‌شان، گرده‌افشانی دقیق را انجام دهند.
پیدایش حشرات رباتیک
پژوهشگران MIT در طراحی این ربات‌های مینیاتوری از زنبورها الهام گرفته‌اند. این پروژه نوآورانه توسط کوین چن، دانشیار گروه مهندسی برق و علوم کامپیوتر (EECS) و مدیر آزمایشگاه رباتیک نرم و میکرو در آزمایشگاه تحقیقاتی الکترونیک (RLE) هدایت می‌شود.
چن و تیمش دریافتند که نسخه‌های پیشین حشرات رباتیک فاقد ماندگاری، سرعت و مانورپذیری لازم برای گرده‌افشانی طبیعی هستند. به همین دلیل، آنها این ربات‌ها را با تقلید از آناتومی و مکانیک پرواز زنبورها بازطراحی کردند تا به کارایی و دقت بیشتری دست یابند.
تیم تحقیقاتی که شامل نویسندگان اصلی سوهن کیم و یی-هسوان هسیائو، دانشجویان تحصیلات تکمیلی EECS، و همچنین ژیجیان رن و دانشجوی مهمان تابستانی جیاشو هوانگ بود، یافته‌های خود را در مجله Science Robotics منتشر کردند.
تکامل حشرات رباتیک
جدیدترین حشرات رباتیک گامی بزرگ در طراحی به شمار می‌روند. این ربات‌های بهبودیافته قادرند حدود ۱۰۰۰ ثانیه در هوا معلق بمانند که بیش از ۱۰۰ برابر طولانی‌تر از نسخه‌های قبلی است.
با وزنی کمتر از یک گیره کاغذ، این ربات‌ها به سرعت‌های قابل‌توجهی دست می‌یابند، حرکات آکروباتیک مانند چرخش دوبل انجام می‌دهند و مسیرهایی پیچیده مانند نوشتن کلمه «MIT» را دنبال می‌کنند.
بهبودهای طراحی شامل انتقال‌های پیچیده‌تر است که بال‌ها را به محرک‌های نرم یا عضلات مصنوعی متصل می‌کند. این انتقال‌ها تنش مکانیکی را کاهش می‌دهند و دقت و چابکی را افزایش می‌دهند.
هر واحد اکنون دارای یک بال منفرد است که به سمت بیرون اشاره می‌کند و تداخل بین بال‌ها را کاهش می‌دهد. این تغییر همچنین فضایی برای ارتقاء‌های آینده مانند اضافه کردن باتری‌های کوچک یا حسگرها فراهم می‌کند.
غلبه بر چالش‌ها
طراحی‌های اولیه با چهار واحد و هشت بال با مشکلی مواجه بودند که در آن بال‌ها در نیروهای بالابر یکدیگر تداخل ایجاد می‌کردند.
چن توضیح داد: «هیچ حشره‌ای وجود ندارد که هشت بال داشته باشد. در طراحی قبلی، عملکرد هر واحد به‌تنهایی همیشه بهتر از ربات مونتاژشده بود.»
تیم تحقیقاتی با نصف کردن تعداد بال‌ها و بازآرایی آنها، عملکرد پرواز را به طور قابل‌توجهی بهبود بخشیدند.
ساخت لولاهای بال نیز چالشی بزرگ بود. این قطعات ۲ سانتی‌متری و ۲۰۰ میکرونی نیاز به فرآیند برش لیزری چندمرحله‌ای برای اطمینان از دقت داشتند. چن توضیح داد: «اگر در طی فرآیند ساخت حتی یک مشکل جزئی در تراز وجود داشته باشد، لولای بال به جای اینکه مستطیلی باشد، کج خواهد شد و این موضوع بر حرکات بال تأثیر می‌گذارد.»
نوید پیشرفت
پیشرفت‌های طراحی اخیر، تیم تحقیقاتی را به کاربردهای عملی مانند گرده‌افشانی کمکی نزدیک‌تر کرده است. چن بیان کرد: «مقدار پروازی که در این مقاله نشان دادیم، احتمالاً بیشتر از کل مدت پروازی است که تاکنون در این حوزه با این حشرات رباتیک به دست آمده است.»
اهداف آینده شامل دستیابی به مدت پرواز بیش از ۱۰ هزار ثانیه و بهبود دقت ربات‌ها برای فرود و برخاستن از مرکز گل‌ها است. در بلندمدت، تیم تحقیقاتی قصد دارد ربات‌ها را به حسگرها، باتری‌ها و قابلیت‌های محاسباتی برای ناوبری خودکار در خارج از آزمایشگاه مجهز کند.
نگاهی به آینده
در حالی که کوین چن و تیمش همچنان مرزهای طراحی حشرات رباتیک را گسترش می‌دهند، وعده گرده‌افشان‌های باتری‌دار و متحرک به واقعیت نزدیک‌تر می‌شود.
با هر تکرار، این شگفتی‌های مینیاتوری کارآمدتر، چابک‌تر و دقیق‌تر می‌شوند و یک گام به استقرار در محیط‌های واقعی نزدیک‌تر می‌شوند.
این ربات‌ها می‌توانند تغییری انقلابی در کشاورزی مدرن ایجاد کنند و امکان تولید میوه‌ها و سبزیجات را در محیط‌های کنترل‌شده‌ای مانند انبارهای چندطبقه با حشرات رباتیک فراهم کنند، به طوری که دیگر وابسته به فصل، تغییرات آب‌وهوایی و کاهش گرده‌افشان‌های طبیعی نباشند.
پیش‌بینی می‌شود که چنین تغییری باعث افزایش بازده محصولات شود و در عین حال راه را برای کشاورزی مسئولانه‌تر و سبزتر، بدون استفاده از سموم دفع آفات و سیستم‌های پرمصرف آب باز کند.
چشم‌انداز یک ارتش از گرده‌افشان‌های رباتیک که در مزارع فعالیت می‌کنند، نشان‌دهنده فناوری‌ای است که با علم بیومیمیکری، همه چیز مرتبط با بخش غذایی را بازتعریف می‌کند.
این ربات‌ها ممکن است روزی به حل برخی از فوری‌ترین مشکلات جهان در امنیت غذایی و حفاظت از محیط زیست کمک کنند.
این مطالعه کامل در مجله Science Robotics منتشر شده است.
