روبوت حشري

استُلهمت حركة الروبوتات في كثير من الأحيان من فسيولوجيا الحشرات. وتتخذ هذه الروبوتات عادةً شكل سداسي الأرجل . وقد أصبح البحث متعدد التخصصات، لا يقتصر على مهندسي الروبوتات فحسب، بل يشمل أيضًا علماء الأحياء، وخاصة علماء الأعصاب . يستفيد المهندسون من هذه العلاقة من خلال اكتساب فهم أفضل لوظائف الحشرات التي استخدموها في تصميم نماذج روبوتاتهم. في المقابل، يحصل علماء الأحياء على منصة يمكنهم من خلالها اختبار نظرياتهم حول التحكم الحركي للحشرات. ^{[ 1 ]}

يُعدّ بناء روبوت قادر على المشي على سطح مستوٍ في المختبر مهمةً سهلة نسبيًا. يمكن لروبوت سداسي الأرجل، مزود بأوتاد بسيطة متصلة ميكانيكيًا، أن يحقق هذه المهمة. مع ذلك، قد يكون الروبوت ذو العجلات أبسط، ولكنه قد يعجز تمامًا عن حلّ مشكلة عبور التضاريس الوعرة ذات العوائق غير المتوقعة، وهي مشكلة أكثر تعقيدًا. يتطلب ذلك مفاصل مفصلية في الأرجل، كما هو الحال في الحشرات الحقيقية، مع تحكم حسيّ حركي يُحاكي الجهاز العصبيّ للحشرات الحقيقية. لا يكفي مجرد دورة إيقاعية بسيطة للأرجل. يجب التحكم في الأرجل والمفاصل بشكل فردي وجماعي، وفقًا للمعلومات الواردة من مستشعرات موضع الأطراف والحمل. ^{[ 2 ]}

تتغير مشية الحشرات تبعًا للسرعة المطلوبة. وقد أظهرت الأبحاث أن أنماط المشي هذه يمكن توليدها محليًا في العديد من الحشرات حتى عند فصلها تمامًا عن الجهاز العصبي المركزي . ^{[ 3 ]} في بعض الحشرات، كالصراصير مثلاً ، تتغير مشية الحشرة الجارية جزئيًا لأن جهازها العصبي لا يستجيب بالسرعة الكافية. فيُغير الصرصور الجاري مشيته إلى الدفع بأرجله الثلاثة على جانب واحد معًا. وتكون الحركة الجانبية المميزة للحيوان عند تردد الرنين البيوميكانيكي الذي يحدده وزن الحشرة وصلابة زنبرك أرجلها مجتمعة. لا يحتاج هذا النمط إلى أي مدخلات من وحدة تحكم خارجية، وهو فعال ومستقر. ^{[ 4 ]} يُدرك الباحثون مزايا خصائص الحشرات الحقيقية، ولكن حتى عام 2004، "نادرًا ما اجتمعت هذه الخصائص في روبوت..." ^{[ 5 ]}

بالنسبة للطائرات الصغيرة جدًا، يصبح الطيران بأجنحة ثابتة غير عملي نظرًا لانخفاض نسبة الرفع إلى السحب بسرعة مع ازدياد الحجم. أما طيران الحشرات، فهو دائمًا طيران أجنحة متحركة ، مما يُشير إلى إمكانية تطوير روبوتات شبيهة بالحشرات. على سبيل المثال، طوّر ما وزملاؤه روبوتًا طائرًا مربوطًا بأجنحة خافقة مصنوعة من مادة كهرضغطية . اختار ما تصميم الروبوت أثناء الطيران لأنه، وفقًا لبحثهم ، يُعدّ الطائر أكثر الكائنات الحية رشاقة، وبالتالي الأصعب محاكاةً كروبوت. ^{[ 6 ]}

تتميز الحشرات الطائرة بدقة بصرية مكانية ضعيفة، وتتطلب استجابة سريعة، كما أنها تفتقر إلى قدرة معالجة عصبية متقدمة. ونظرًا لمحدودية المساحة والوزن، تواجه الروبوتات الشبيهة بالحشرات الطائرة مجموعة مشابهة من المشاكل. في عام ٢٠٠٣، بحث فرانشيسكيني وزملاؤه إمكانية استخدام حلول مستوحاة من الحشرات لحل مشاكل الملاحة في الروبوتات. وقد صمم فرانشيسكيني روبوتًا بحثيًا مستوحى من علم وظائف الأعصاب في الذبابة. لم يكن هذا الروبوت طائرًا بالمعنى الحقيقي، بل كان مركبة ذات عجلات. ^{[ ١٣ ]} كان الهدف من البحث هو إثبات أن التحكم البسيط في المستشعرات والمحركات باستخدام الكشف البصري عن الحركة فقط قادر على تحديد مسار معين. ^{[ ١٤ ]}

بدأ استخدام ذكاء الحشرات في توجيه الروبوتات منذ عام 1986، إلا أن المهندسين لم يتبنوا هذه التقنية في البداية. كان يُعتقد أن افتقار الحشرات إلى القشرة البصرية ، وبالتالي عدم قدرتها على إجراء عمليات معالجة بصرية متقدمة وتكوين الصور، يجعل الروبوتات التي تعتمد على هذه التقنية غير ناجحة. يرى فرانشيسكيني أن امتلاك القشرة البصرية ليس ضروريًا لمهمة التوجيه، بل إنه سيشكل عبئًا إضافيًا على الروبوت الحشري (إذ سيُشكل كل من الوزن ووقت المعالجة مشكلة). ويشير فرانشيسكيني إلى أن العديد من الأنظمة البصرية لدى البشر لا تمر عبر القشرة البصرية أيضًا. فليس من الضروري دائمًا تكوين الصور وتحديد الأشياء. ^{[ 15 ]}