محققان موفق به طراحی یک ربات قایق‌شکل شدند که با استفاده از اثر مارانگونی (Marangoni effect) – پدیده‌ای مبتنی بر تغییر کشش سطحی – می‌تواند همانند ماهی‌ها و حشرات آبی بر سطح آب حرکت کند. این حرکت از طریق یک واکنش شیمیایی هدایت می‌شود که باعث پیش‌رانش ربات به جلو می‌شود.
عملکرد حرکتی با واکنش شیمیایی ساده
در ساختار این ربات، یک محفظه کوچک گاز دی‌اکسیدکربن آزاد می‌کند. این گاز، سوخت را از میان یک کانال عبور می‌دهد. سوخت باعث کاهش کشش سطحی آب شده و این امر، ربات را به سمت جلو می‌راند.
طراحی غیرسمی، تجزیه‌پذیر و سازگار با محیط زیست
یکی از ویژگی‌های برجسته این ربات، استفاده از ترکیبات کاملاً بی‌خطر و زیست‌تخریب‌پذیر است؛ یعنی از همان واکنشی استفاده شده که در آزمایش‌های علمی مدارس رایج است: اسید سیتریک به‌همراه بی‌کربنات سدیم.
استفاده از سوخت کم‌ضرر
برای سوخت، از پروپیلن گلایکول استفاده شده که به‌طور رایج در محصولات مراقبت از پوست کاربرد دارد. این طراحی، آسیب زیست‌محیطی را به حداقل می‌رساند، در عین حال ربات را قادر می‌سازد تا چند دقیقه بر سطح آب حرکت کند.
«در حالی که توسعه ربات‌های شناگر کوچک برای محیط‌های طبیعی به‌سرعت در حال پیشرفت است، اغلب آن‌ها به پلاستیک، باتری و سایر الکترونیک‌ها متکی هستند که مانع از کاربرد گسترده در اکوسیستم‌های حساس می‌شوند.»
– شوهانگ ژانگ، دانشجوی دکترا در EPFL
رباتی ساخته‌شده از غذای ماهی
ساختار فیزیکی مقاوم و خوراکی
این ربات حدود ۵ سانتی‌متر (۲ اینچ) طول دارد و از غذای ماهی با پروتئین بالا و چربی پایین ساخته شده است. این امر، علاوه بر فراهم آوردن بدنه‌ای مستحکم، ربات را برای ماهی‌ها و سایر حیوانات آبزی قابل‌خوردن می‌سازد.
فرایند ساخت بدنه
بدنه با روش خشک‌کردن انجمادی (freeze-drying) تولید شده که رطوبت را حذف می‌کند اما ساختار سبک و مقاوم آن را حفظ می‌نماید. این روش همچنین مانع جذب بیش از حد آب شده و شناوری ربات را حفظ می‌کند.
کاربرد در پایش محیط زیست
جمع‌آوری اطلاعات زیست‌محیطی به‌صورت گسترده
تیم تحقیقاتی EPFL آینده‌ای را متصور شده که در آن، این ربات‌ها به‌طور گسترده برای جمع‌آوری اطلاعات محیطی مانند pH آب، دما و میزان آلاینده‌ها استفاده شوند.
استفاده از حسگرهای زیست‌تجزیه‌پذیر
این دستگاه‌ها می‌توانند با حسگرهای زیست‌تجزیه‌پذیر تجهیز شده و داده‌ها را یا از راه دور، یا به‌صورت مستقیم گردآوری کنند.
قابلیت تغییر جهت با طراحی هوشمند
اگرچه کنترل دقیق جهت‌گیری وجود ندارد، پژوهشگران با تغییر در طراحی کانال سوخت، ربات‌هایی با چرخش به چپ یا راست ایجاد کرده‌اند.
رباتی خوراکی، جایگزین ابزارهای الکترونیکی
حرکات تصادفی این ربات‌ها، شبیه به رفتار حشرات است و آن‌ها را برای رساندن مواد مغذی یا دارو به ماهی‌ها مناسب می‌سازد. این طراحی، شامل یک عملگر سیال برای نگهداری سوخت و محفظه واکنش است که با تماس آب با غشای پایینی فعال می‌شود.
پیشرفت در رباتیک خوراکی
پژوهش‌های پیشین در سیستم‌های خوراکی
آزمایشگاه سیستم‌های هوشمند پیش‌تر پروژه‌هایی مانند عملگرهای نرم خوراکی، مدارهای سیال برای محاسبات خوراکی و جوهر رسانا برای پایش گیاهان را بررسی کرده است.
«جایگزینی زباله الکترونیکی با مواد تجزیه‌پذیر موضوع تحقیقاتی پررونقی است. اما استفاده از مواد خوراکی با ویژگی‌های تغذیه‌ای خاص هنوز کمتر بررسی شده، در حالی که می‌تواند فرصت‌های زیادی برای سلامت انسان و حیوانات فراهم کند.»
– داریو فلوریانو، مدیر آزمایشگاه و هماهنگ‌کننده پروژه RoboFood
پروژه RoboFood و آینده‌ای سبز
پروژه RoboFood که از سال ۲۰۲۱ با بودجه ۳.۵ میلیون یورویی اتحادیه اروپا آغاز شد، همچنان به بررسی کاربردهای محیطی و تغذیه‌ای این دستگاه‌ها ادامه می‌دهد.
بررسی سوخت و نحوه حرکت
تحلیل فنی سیستم پیشرانه
پژوهشگران، پروپیلن گلایکول را به‌دلیل حلالیت بالا و سمیت پایین به‌عنوان سوخت انتخاب کردند. گرچه لستین، سورفکتانت ایمن‌تری است، اما سطح آب را سریع اشباع می‌کرد و حرکت را محدود می‌ساخت.
سرعت و شبیه‌سازی رفتار طعمه
این سیستم پیش‌ران می‌تواند با سرعتی معادل ۰.۵ تا ۳ برابر طول بدن در ثانیه حرکت کند که با سرعت معمول طعمه‌ها در زیستگاه‌های آبی مطابقت دارد. این قابلیت می‌تواند تحریک رفتار شکار در ماهی‌ها و توزیع موثر مواد مغذی یا دارویی را امکان‌پذیر کند.
راه‌حل‌های نوین برای پرورش ماهی
این ربات خوراکی آبی می‌تواند به‌عنوان سنسور محیطی سیار یا سیستم توزیع مواد مغذی برای ماهی‌ها عمل کند. همچنین، امکان افزودن حسگرهای خوراکی به آن، قابلیت استفاده در پایش وسیع اکوسیستم‌های آبی را فراهم می‌سازد.
چشم‌اندازهای آینده
پژوهش‌های آتی می‌توانند کاربرد این ربات‌ها را در صنعت پرورش ماهی و حیوانات خانگی بررسی کنند. این ربات‌ها می‌توانند برای تأمین مواد مغذی خاص، تقویت سلامت ماهی‌ها و حتی تحریک رفتار طبیعی شکار طراحی شوند.
زیست‌تجزیه‌پذیری این ربات‌ها باعث می‌شود بدون آسیب به اکوسیستم، در رساندن دارو یا مواد مغذی در محیط‌های حساس کاربردی باشند.
📌 مطالعه‌ی کامل این تحقیق در مجله‌ی Nature Communications منتشر شده است.
