לראשונה בעולם: רובוט שיכול להרים חפצים בגודל של מילימטר בהשראת הטבע

החוקרות מסבירות כי מתחת למים, חרקים רבים נעזרים בזיפים זעירים שמאפשרים להם לכלוא ולייצב בועות אוויר דוחי מים המכסים את גופם. כשבועות אלו באות במגע עם משטחים, הן יוצרות גשרים עשויים מאוויר שמאפשרים לחרקים ללכת מתחת למים. כעת יושם הדבר גם ברובוט

טכנולוגיה שפותחה באוניברסיטת תל אביב תאפשר לראשונה בעולם לרובוטים ימים להרים חפצים זעירים שגודלם קטן ממילימטר. במסגרת המחקר, בנו החוקרים זרוע רובוטית עם ראש מיוחד שהודפס בתלת ממד ואשר יכול לייצב בועות אוויר על מנת ליצור “גשרים קפילריים” (בעלי תכונת הנימיות) עשויים מאוויר בלבד. תכונת הנימיות משמעה שנוזלים מסוגלים “לטפס” במעלה צינורות דקים בהיעדר כוחות חיצוניים כמו כוח הכבידה, ולעתים אף בניגוד אליהם. לטענת החוקרים, הזרוע הרובוטית יכולה לשמש באוטומציה של ניסויים עם תאים ביולוגיים בסביבה מימית, בהתקנים מיקרוניים בסביבת נוזלים, במניפולציה וסידור של חפצים קטנים מתחת למים ואף בניקוי משטחים הטבולים בנוזל.

המחקר התבצע בהובלת ד”ר בת-אל פנחסיק, חברת סגל בכירה בביה”ס להנדסה מכנית בפקולטה להנדסה ע”ש איבי ואלדר פליישמן, יחד עם תלמידיה במעבדה לביו-מימטיקה של מערכות מכניות ופני שטח. המחקר פורסם על שער כתב העת היוקרתי ACS Applied Materials & Interfaces.

החוקרות מסבירים כי מתחת למים, חרקים רבים נעזרים בזיפים זעירים שמאפשרים להם לכלוא ולייצב בועות אוויר דוחי מים המכסים את גופם. כשבועות אלו באות במגע עם משטחים, הן יוצרות גשרים עשויים מאוויר שמאפשרים לחרקים ללכת מתחת למים.

בצורה הזו, בדומה לחרקים, הצליחו החוקרים להראות שניתן להשתמש בגשרים נימיים של אוויר על מנת להרים ולמקם חפצים רבים קטנים וקלים (מסדר גודל של מילימטר ואף פחות מכך) מתחת למים, ואשר לא ניתן להרים ולשחרר בדרך אחרת. עם חפצים אלה ניתן למנות יריעות דקות, משטחים מחוררים או מחוספסים, חלקיקים זעירים בצורות שונות, לכלוך ועוד.

ד”ר פנחסיק מסבירה: “ככל שמערכות רובוטיות הופכות קטנות יותר, הן מושפעות יותר מכוחות פני שטח. למשל, הכוחות שגורמים לחרקים קטנים להיכלא בפני השטח של מים בלי יכולת להשתחרר. במקרה הזה הפכנו את החיסרון ליתרון – רתמנו כוחות פני שטח אלה על מנת לבצע מטלות הכרוכות בהזזת חפצים קטנים וקלים, מסדר גודל של מילימטר ומטה”.

ד”ר פנחסיק מרחיבה: “הצלחנו לחקות עקרון פעולה של חרקים ולתרגם אותו לתהליך מכני מבוקר שניתן ליישום טכנולוגי. בנוסף, הראינו כי אפשר לקפל יריעות דקות מתחת למים, בדומה לאוריגמי, על ידי שימוש בבועות אוויר. ככל הידוע, לא קיים מנגנון הדבקה או אחיזה אשר מסוגל לבצע את כל הפעולות הללו על מגוון כה גדול של חלקיקים וחפצים מזעריים, וזאת ללא שימוש בדבק ובצורה מדויקת, פשוטה וגם הפיכה, שכן ניתן לשאוב את האוויר הכלוא בזמן ובמקום המתאים וכך לשחרר את החלקיקים מהדבקה”.

בניגוד למנגנוני הצמדה והדבקה המבוססים על דבק כימי, במחקר זה אין שימוש בכימיקלים ולכן במקרים שבהם זיהומים הם סיכון משמעותי, כמו למשל בהליכים רפואיים או ניסויים ביולוגיים, לא ניתן להכניס חומרים זרים לסביבת העבודה. הזרוע הרובוטית פותחת את האפשרות לנקות את סביבת העבודה הנוזלית מחלקיקי מזהמים, דבר שלא ניתן לביצוע על ידי זרועות רובוטיות קונבנציונליות.

ד”ר פנחסיק מסכמת: “במחקר שלנו אנו מתעניינים במערכות בטבע, בעיקר אצל חרקים, כדי לקבל השראה לפיתוח של מערכות רובוטיות קטנות, או כאלו שעושות שימוש בעקרונות פיזיקליים המשמשים את החרקים בטבע על מנת לשרוד ולבצע פעולות חשובות באוויר או במים. לשם כך, יש בקבוצה סטודנטים וסטודנטיות מהנדסה מכנית, הנדסה ביו-רפואית, הנדסת חומרים ופיזיקה. זה מה שנותן לנו יתרון גדול במחקר שהוא רב-תחומי ובמציאת רעיונות לא שגרתיים ופתרונות יצירתיים בתחום הרובוטיקה והחומרים, ואכן הצלחנו במקרה זה לחשוב מחוץ לקופסה ולהגיע לכלל הדגמה וביצוע איכותיים”.

למאמר המדעי

עוד בנושא באתר הידען:

• מי צריך מכונית מולקולרית?/גלילאו
• יו”ר מקורות לשעבר בוקי אורן: העולם יצטרך למצוא מקורות זולים להוספת עוד 50% לתצרוכת המים העולמית בתוך 20 שנה
• סוללת חשמל הפועלת על מים   
• מדוע לחרקים רבים באיים אין כנפיים?
• גם האו”ם קובע – חייבים למצוא פתרון לבעית המים בעולם