روبوتات ناعمة

الروبوتات الناعمة، هي حقل محدد من علوم الروبوتات التي تتعامل مع بناء الروبوتات من مواد عالية الامتثال والمرونة ومشابهة لتلك الموجودة في الكائنات الحية.Trivedi, D., Rahn, C. D., Kier, W. M., & Walker, I. D. (2008). Soft robotics: Biological inspiration, state of the art, and future research. Applied Bionics and Biomechanics, 5(3), 99-117. استوحيت فكرة الروبوتات الناعمة من الطريقة التي تتحرك بها الكائنات الحية وتتكيف بها مع البيئة المحيطة وعلى العكس من الروبوتات المصنوعة من مواد صلبة فإن الروبوتات الناعمة تتيح مزيداً من المرونة والتأقلم من أجل إنجاز المهام وتحسين السلامة عند العمل مع البشرRus, Daniela; Tolley, Michael T. (27 May 2015). "Design, fabrication and control of soft robots" (PDF). Nature. 521 (7553): 467–475. بيب كود:2015Natur.521..467R. doi:10.1038/nature14543. hdl:1721.1/100772. PMID 26017446.، وهذه الخصائص من شأنها أن تسمح بإمكانية استخدامها في مجالات الطب والتصنيع.

 الأنواع والتصاميم 
الهدف من الروبوتات الناعمة هو تصميم وصناعة روبوتات تتمتع بأجساد مرنة والكترونية، وأحيانا تقتصر الليونة على جزء من الآلة فعلى سبيل المثال يمكن للأذرع الروبوتية الصلبة أن تستخدم لواقط ذات نهايات ناعمة للإمساك بلطف والتعامل مع الأشياء الحساسة أو الغير منتظمة شكلاً، فمعظم الأجسام الصلبة للروبوتات المتنقلة توظف من الناحية الاستراتيجية المكونات اللينة مثل وسادات القدم لامتصاص الصدمة أو المفاصل النابضة التي تخزن/تطلق الطاقة المرنة إلا أن مجال الروبوتات الناعمة يميل باتجاه صناعة الآلات التي تكون غالباً أو بشكل كامل لينة فالروبوتات التي تمتلك أجساماً مرنة لديها إمكانيات هائلة إذ تساعدها مرونتها على الوصول إلى الأماكن الضيقة التي لا يمكن للأجسام الصلبة دخولها وهذا يبرهن على فائدتها في سيناريوهات الإغاثة في حالة الكوارث كما أنها أكثر أماناً للتفاعل الإنساني والنقل الداخلي في جسم الإنسان. غالبا ما تكون الطبيعة مصدراً للإلهام في تصميم الروبوتات الناعمة وذلك لأن الحيوانات تتكون غالبا من مكونات ناعمة ويبدو أنها توظف هذه النعومة لتحقيق الحركة الفعالة في البيئات المعقدة في كل مكان تقريبا على الأرضKim, Sangbae; Laschi, Cecilia; Trimmer, Barry (2013). "Soft robotics: a bioinspired evolution in robotics". Trends in Biotechnology. 31 (5): 287–94. doi:10.1016/j.tibtech.2013.03.002. PMID 23582470. ، لذلك غالبا ما يتم تصميم الروبوتات الناعمة وفقاً لهيئة المخلوقات المألوفة خاصة المخلوقات الرخوة كلياً كالأخطبوطات، إلا إنه من الصعب تصميمها والتحكم بها يدوياً بسبب الانخفاض في الممانعة الميكانيكية، والشيء الذي يجعل من الروبوتات الناعمة مفيدة- مرونتها وامتثالها- يجعل من الصعب السيطرة عليها، تطورت الرياضيات خلال القرون السابقة في تصميم الأجسام الصلبة وفشلت عموماً في التوسع إلى الروبوتات اللينة، لذلك صممت الروبوتات الناعمة جزئياً بمساعدة أدوات التصميم مثل الخوارزميات التطورية التي مكنت من إنشاء شكل الروبوتات الناعمة وخصائص المواد ووحدة التحكم وتطويرها وتحسينها في آن واحد لمهمة معينة.Bongard, Josh (2013). "Evolutionary Robotics". Communications of the ACM. 56 (8): 74–83. doi:10.1145/2492007.2493883.

 محاكاة الطبيعة 
بمقدور الخلايا النباتية بطبيعتها أن تنتج ضغط السائل السكوني ويعود ذلك إلى تدرج تركيز المحلول بين السيتوبلازم والمناطق الخارجية (الجهد الاسموزي) كما يمكن للنباتات ضبط هذا التركيز من خلال حركة الأيونات عبر غشاء الخلية، وهذا يؤدي إلى تغيير شكل وحجم النبات كونه يستجيب للتغيير الحاصل في ضغط السائل السكونيLi, Suyi; Wang, K. W. (1 January 2017). "Plant-inspired adaptive structures and materials for morphing and actuation: a review". Bioinspiration & Biomimetics. 12 (1): 011001. بيب كود:2017BiBi...12a1001L. doi:10.1088/1748-3190/12/1/011001. ISSN 1748-3190. PMID 27995902.، ويعتبر تطور الشكل المشتق من الضغط أمرًا مرغوبًا فيه للروبوتات اللينة ويمكن محاكاته لإنشاء مواد تكيفية للضغط من خلال استخدام تدفق السوائل. تمثل المعادلة التالية Dumais, Jacques; Forterre, Yoël (21 January 2012). ""Vegetable Dynamicks": The Role of Water in Plant Movements". Annual Review of Fluid Mechanics. 44 (1): 453–478. بيب كود:2012AnRFM..44..453D. doi:10.1146/annurev-fluid-120710-101200. معدل تغير حجم الخلية:
V ̇=ALp(-∆P+∆π)

V ̇هو معدل تغيير الحجم

A هو غشاء الخلية

Lp هو التوصيل الهيدروليكي للمادة

∆P هو التغيير في ضغط السائل السكوني

∆πهو التغيير في الجهد الاسموزي.

تم تعزيز هذا المبدأ في إنشاء أنظمة ضغط للروبوتات الناعمة إذ تتكون هذه الأنظمة من راتنجات ناعمة تحتوي على أكياس سائلة ذات أغشية شبه نافذة تسمح بنقل السوائل وبالتالي توليد الضغط، ثم يؤدي هذا المزيج من نقل السوائل وتوليد الضغط إلى التغيير في الشكل والحجم.
طريقة أخرى من طرق تغيير الشكل المتأصل بيولوجياً هو تغيير شكل الرطوبة، فالخلايا النباتية تستجيب لأي تغيرات تطرأ على الرطوبة فعندما يكون الغلاف الجوي المحيط بها مشبع بالرطوبة فإنها تتضخم ولكن تتقلص عندما تكون الرطوبة متدنية، وقد لوحظ هذا التغيير في الحجم في حبوب اللقاح Katifori, Eleni; Alben, Silas; Cerda, Enrique; Nelson, David R.; Dumais, Jacques (27 April 2010). "Foldable structures and the natural design of pollen grains" (PDF). Proceedings of the National Academy of Sciences. 107 (17): 7635–7639. بيب كود:2010PNAS..107.7635K. doi:10.1073/pnas.0911223107. PMC 2867878. PMID 20404200. وقشور مخروط الصنوبر.Dawson, Colin; Vincent, Julian F. V.; Rocca, Anne-Marie (18 December 1997). "How pine cones open". Nature. 390 (6661): 668. بيب كود:1997Natur.390..668D. doi:10.1038/37745.

 التصنيع 
تعتبر تقنيات التصنيع التقليدية كتقنيات الطرح مثل الحفر والطحن غير مفيدة إذا تعلق الأمر ببناء الروبوتات اللينة لأنها ذات أشكال معقدة بأجسام قابلة للتشوه، لذلك طورت تقنيات تصنيع أكثر تطوراً ومن ضمنها تصنيع ترسيب الشكل ((SDM وعملية البنية الدقيقة المركبة الذكية ((SCM والطباعة ثلاثية الأبعاد للمواد المتعددةCho, Kyu-Jin; Koh, Je-Sung; Kim, Sangwoo; Chu, Won-Shik; Hong, Yongtaek; Ahn, Sung-Hoon (11 October 2009). "Review of manufacturing processes for soft biomimetic robots". International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 10 (3): 171–181. doi:10.1007/s12541-009-0064-6. SDM نوع من أنواع النماذج الأولية التي يحدث بها الترسيب والتشغيل بشكل دوري، وتعتمد بشكل جوهري على قيام المرء بترسيب المادة واعدادها وتجسيد التركيب المرغوب ومن ثم وضع دعامة لذلك التركيب ومن ثم إجراء المزيد من التحريك للوصول إلى الشكل النهائي المتضمن المادة المترسبة والجزء المدمج، ويشمل الجهاز المدمج الدوائر الكهربائية والمستشعرات والمشغلات، كذلك نجح العلماء في إدخال وحدات التحكم في المواد البوليمرية لصناعة الروبوتات الناعمة مثل ستيكي بوتKim, S.; Spenko, M.; Trujillo, S.; Heyneman, B.; Mattoli, V.; Cutkosky, M. R. (1 April 2007). Whole body adhesion: hierarchical, directional and distributed control of adhesive forces for a climbing robot. Proceedings 2007 IEEE International Conference on Robotics and Automation. pp. 1268–1273. سايتسيركس 10.1.1.417.3488. doi:10.1109/ROBOT.2007.363159. ISBN 978-1-4244-0602-9. وايس برول.Cham, Jorge G.; Bailey, Sean A.; Clark, Jonathan E.; Full, Robert J.; Cutkosky, Mark R. (1 October 2002). "Fast and Robust: Hexapedal Robots via Shape Deposition Manufacturing". The International Journal of Robotics Research. 21 (10–11): 869–882. doi:10.1177/0278364902021010837. ISSN 0278-3649. SCM هي العملية التي يدمج فيها المرء بين الأجسام الصلبة للبوليمر المدعم بألياف الكربون مع الأربطة البوليمرية المرنة، إذ أن المطاط المرن يعمل بمثابة المفاصل للهيكل، ومن خلال هذه العملية يتم إنشاء هيكل متكامل من خلال دمج البوليمر المدعم بألياف الكربون والأربطة البوليمرية باستخدام التصنيع بالليزر متبوعاً بالتصفيح، وتستخدم هذه العملية في إنتاج الروبوتات متوسطة الحجم بسبب قدرة موصلات البوليمرعلى العمل كبدائل منخفضة للاحتكاك لمفصل الدبوس.

يمكن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في وقتنا الحاضر لطباعة مجموعة كبيرة من أحبار السيليكون من خلال استخدام Robocasting أو ما يعرف بتقنية الكتابة بالحبر المباشر مما يتيح لهذا المسار من التصنيع بإنتاج سلس للمشغلات المرنة السائلة ذات خصائص ميكانيكية محددة محلياً، كما أنه يتيح أيضا التصنيع الرقمي لمحركات السيليكون الهوائية التي تعرض هياكل وحركات مستوحاة من الحياة وقابلة للبرمجة.Schaffner, Manuel; Faber, Jakbo A.; Pianegonda, Lucas R.; Rühs, Patrick A.; Coulter, Fergal; Studart, André R. (2018-02-28). "3D printing of robotic soft actuators with programmable bioinspired architectures". Nature Communications. 9 (1): 878. بيب كود:2018NatCo...9..878S. doi:10.1038/s41467-018-03216-w. PMC 5830454. PMID 29491371. وقد طُبعت مجموعة واسعة من الروبوتات الوظيفية بالكامل باستخدام هذه الطريقة بما في ذلك حركة الانحناء واللف والإمساك والانكماش، وتتجنب هذه التقنية بعضاً من سلبيات طرق التصنيع التقليدية مثل التطبق بين الأجزاء الملتصقة. وهناك طريقة تصنيع إضافية أخرى تقوم على إنتاج مواد تشكيل تكيفية يكون شكلها حساسًا للضوء أو نشطة حرارياً أو مستجيبًة للماء، إذ يمكن لهذه البوليمرات أساساً أن تغير شكلها تلقائيًا عند التفاعل مع الماء أو الضوء أو الحرارة، وأحد الأمثلة على ذلك هو استخدام طباعة ضوئية نافثة للحبرعلى البوليسترين المستهدف، Truby, Ryan L.; Lewis, Jennifer A. (14 December 2016). "Printing soft matter in three dimensions". Nature. 540 (7633): 371–378. بيب كود:2016Natur.540..371T. doi:10.1038/nature21003. PMID 27974748. إضافة لذلك فإن اللدائن الذكية عبارة عن نماذج أولية سريعة مكونة من عنصرين مختلفين: هيكل عظمي ومادة مفصلة، وعند الطباعة، يتم تسخين المادة إلى درجة حرارة أعلى من درجة حرارة التحول الزجاجي للمادة المفصلة وهذا يسمح بتحولها، بينما لا يؤثر على الهيكل العظمي، علاوة على ذلك، يمكن إعادة تشكيل هذا البوليمر باستمرار من خلال التسخين.

 طرق ومواد التحكم 
تتطلب كل الروبوتات الناعمة نظاماً تشغيلياً لتوليد قوى ردود الفعل مما يتيح لها الحركة والتفاعل مع بيئتها، وبسبب طبيعتها المتوافقة لابد أن تكون الأنظمة التشغيلية اللينة قادرة على الحركة دون استخدام المواد الصلبة التي تعمل كعمل العظام في الكائنات الحية أو في الإطار المعدني الشائع في الروبوتات الجامدة والصلبة، بالرغم من ذلك توافرت عدة حلول لمشاكل التشغيل الناعم واُستخدمت ولكل منها عيوب ومزايا، وفيما يلي بعض الأمثلة على طرق التحكم والمواد المناسبة مذكورة أدناه:

 المجال الكهربائي 
أحد الأمثلة على ذلك هو استخدام القوة الكهروستاتيكية التي يمكن تطبيقها في:
مشغلات المطاط الصناعي العازل للكهرباء التي تستخدم مجالاً كهربائياً ذو جهد عالي من أجل تغيير شكلها (مثال على عمل)، يمكن لهذه المشغلات أن تنتج قوى عالية، ولديها قدرة نوعية عالية، وتنتج انفعالات كبيرة Bauer, Siegfried; Suo, Zhigang; Baumgartner, Richard; Li, Tiefeng; Keplinger, Christoph (2011-12-08). "Harnessing snap-through instability in soft dielectrics to achieve giant voltage-triggered deformation". Soft Matter. 8 (2): 285–288. doi:10.1039/C1SM06736B. ISSN 1744-6848. وتمتلك كثافة طاقة عالية Koh, Soo Jin Adrian; Zhao, Xuanhe; Suo, Zhigang (June 2009). "Maximal energy that can be converted by a dielectric elastomer generator". Applied Physics Letters. 94 (26): 26. بيب كود:2009ApPhL..94z2902K. doi:10.1063/1.3167773. وتظهر الاستشعار الذاتي كما أنها تحقق معدلات تشغيل سريعة ولكن سرعان ما تصبح الحاجة إلى الجهد العالي عاملاً مقيداً في التطبيقات العملية المحتملة بالإضافة إلى ذلك هذه الأنظمة التي غالبا ما تظهر تسرب التيارات تميل إلى حدوث أعطال كهربائية (يحدث فشل العزل بعد توزيع وايبول لذلك الاحتمالات تزداد بإزدياد مساحة القطب Diaham, S.; Zelmat, S.; Locatelli, M.-; Dinculescu, S.; Decup, M.; Lebey, T. (February 2010). "Dielectric breakdown of polyimide films: Area, thickness and temperature dependence". IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 17 (1): 18–27. doi:10.1109/TDEI.2010.5411997. ISSN 1070-9878. وتتطلب الإجهاد المسبق لأجل أعظم التشوهات.Hines, Lindsey; Petersen, Kirstin; Lum, Guo Zhan; Sitti, Metin (2017). "Soft Actuators for Small-Scale Robotics". Advanced Materials. 29 (13): 1603483. doi:10.1002/adma.201603483. ISSN 1521-4095. PMID 28032926. وأظهرت بعض الأبحاث الجديدة بأن هناك طرق للتغلب على بعض هذه السلبيات كما هو موضح على سبيل المثال في مشغلات Peano-HASEL التي تدمج بين العوازل السائلة ومكونات القشرة الرقيقة، كما قللت هذه النظريات من الجهد التطبيقي المطلوب وسمحت أيضاً بالإصلاح الذاتي خلال العطل الكهربائى.Keplinger, C.; Radakovitz, M.; King, M.; Benjamin, C.; Emmett, M. B.; Morrissey, T. G.; Mitchell, S. K.; Acome, E. (2018-01-05). "Hydraulically amplified self-healing electrostatic actuators with muscle-like performance". Science. 359 (6371): 61–65. بيب كود:2018Sci...359...61A. doi:10.1126/science.aao6139. ISSN 1095-9203. PMID 29302008.Keplinger, Christoph; Mitchell, Shane K.; Smith, Garrett M.; Venkata, Vidyacharan Gopaluni; Kellaris, Nicholas (2018-01-05). "Peano-HASEL actuators: Muscle-mimetic, electrohydraulic transducers that linearly contract on activation". Science Robotics. 3 (14). eaar3276. doi:10.1126/scirobotics.aar3276. ISSN 2470-9476.

 الحرارية 
اللدائن الذكية عبارة عن مواد ذكية وقابلة للتشكيل تقدم نموذجاً رائعاً للتشغيل الحراري الذي يمكن أن يستخدم في التشغيل، هذه المواد تتذكر شكلها الأصلي وستعود إليه عند ارتفاع درجة الحرارة فعلى سبيل المثال البوليمرات المتشابكة قد تتعرض للضغط عند درجة حرارة أعلى من درجة حرارة التحول الزجاجي أو الانصهار ومن ثم تبرد، وعندما ترتفع درجة الحرارة مرة أخرى فإنها سوف تتحرر من الضغط وتتغير المواد مكتسبة شكلها الأصلي Mather, P. T.; Qin, H.; Liu, C. (2007-04-10). "Review of progress in shape-memory polymers". Journal of Materials Chemistry. 17 (16): 1543–1558. doi:10.1039/B615954K. ISSN 1364-5501.، وهذا يوحي بأن هناك حركة واحدة فقط يتعذر الرجوع عنها ولكن هناك مواد أظهرت بأنها تصل إلى خمسة أشكال مؤقتة وواحدةPeng, Yuxing; Ding, Xiaobin; Zheng, Zhaohui; Pan, Yi; Xia, Shuang; Liu, Tuo; Li, Jing (2011-08-09). "A versatile approach to achieve quintuple-shape memory effect by semi-interpenetrating polymer networks containing broadened glass transition and crystalline segments". Journal of Materials Chemistry. 21 (33): 12213–12217. doi:10.1039/C1JM12496J. ISSN 1364-5501. من أفضل وأبسط الأمثلة هي لعبة تسمى شرنكي دنكس المصنوعة من ورق البوليستيرين الممدد الذي يستخدم لقص الأشكال التي تتقلص بشكل ملحوظ عند التسخين.
يمكن للمحركات التي يتم انتاجها باستخدام هذه المواد تحقيق انفعالات وتشوهات تصل إلى ١٠٠٠٪Langer, Robert; Lendlein, Andreas (2002-05-31). "Biodegradable, Elastic Shape-Memory Polymers for Potential Biomedical Applications". Science. 296 (5573): 1673–1676. بيب كود:2002Sci...296.1673L. doi:10.1126/science.1066102. ISSN 1095-9203. PMID 11976407. وأظهرت نطاقاً واسعاً من كثافة الطاقة تتراوح بين ٥٠< KJ m-3 ووصولاً إلى 2 MJ m-3Anthamatten, Mitchell; Roddecha, Supacharee; Li, Jiahui (2013-05-28). "Energy Storage Capacity of Shape-Memory Polymers". Macromolecules. 46 (10): 4230–4234. بيب كود:2013MaMol..46.4230A. doi:10.1021/ma400742g. ISSN 0024-9297.، ومن العيوب الأكيدة للدائن الذكية هي بطء استجابتها (<10 s) وانخفاض القوى المولدة، ومن أمثلتها بولي يوريثان وبولي ايثيلين تيرفثالات وبولي ايثيلين جلايكول وغيرها من الأمثلة.

تكمن السبائك المتذكرة للشكل وراء ظهور نظام تحكم آخر للتشغيل الآلي الناعم على الرغم من أنها مصنوعة من المعدنMedina, Oded; Shapiro, Amir; Shvalb, Nir (2015). "Kinematics for an Actuated Flexible n-Manifold". Journal of Mechanisms and Robotics. 8 (2): 021009. doi:10.1115/1.4031301. ISSN 1942-4302.، وهي مادة صلبة تقليديًا، إلا أن النوابض مصنوعة من أسلاك رفيعة جدًا ومتوافقة تمامًا مثل المواد اللينة الأخرى. وتتمتع هذه النوابض بنسبة عالية جدًا من القوة إلى الكتلة، ولكنها تتمدد من خلال تطبيق الحرارة عليها، وهو أمر غير فعال في توفير الطاقة.Kim, Sangbae; Laschi, Cecilia; Trimmer, Barry (May 2013). "Soft robotics: a bioinspired evolution in robotics". Trends in Biotechnology. 31 (5): 287–294. doi:10.1016/j.tibtech.2013.03.002. PMID 23582470.

 اختلاف الضغط 
يعتمد مفهوم العضلات الاصطناعية الهوائية، وهي طريقة تحكم أخرى مستخدمة في الروبوتات الناعمة، على احداث تغيير في الضغط داخل أنبوب مرن وبهذه الطريقة ستعمل كعضلة تتقلص وتتمدد، وبالتالي القوة المطبقة ستكون على كل ما يتعلق بها. كذلك قد يحافظ الروبوت على شكل معين باستخدام هذه العضلات بدون مدخلات طاقة إضافية من خلال استخدام الصمامات ولكن تتطلب هذه الطريقة بشكل عام مصدر إمداد خارجي للهواء المضغوط ليعمل، كما أن الخوارزمية الأكثر استخداماً في العضلات الهوائية هي المتحكم التناسبي التكاملي التفاضلي PID ويمكن تعديل الاستجابة الديناميكية للعضلات الهوائية عن طريق ضبط مقاييس وحدة التحكم.Guan, Nan; Wang, Qixin; Li, Shuai; Shao, Zili; Khan, Ameer Hamza; Khan, Ameer Hamza; Shao, Zili; Li, Shuai; Wang, Qixin; Guan, Nan (March 2020). "Which is the Best PID Variant for Pneumatic Soft Robots? An Experimental Study". IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 7 (2): 1–10.

 المستشعرات 
تعتبر المستشعرات من أهم مكونات الروبوتات، وليس مفاجئاً أن تستخدم الروبوتات الناعمة أجهزة استشعار ناعمة بشكل مثالي، كما تستطيع المستشعرات الناعمة قياس التشوه وبالتالي موضع وصلابة الروبوت. وفيما يلي أمثلة على المستشعرات اللينة:

 أجهزة استشعار ناعمة للتمدد
 أجهزة استشعار لينة الانحناء
 أجهزة استشعار الضغط الناعم
 أجهزة استشعار القوة الناعمة

تعتمد هذه المستشعرات على مقاييس:

 المقاومة البيزورية
 بوليمر مملوء بجسيمات موصلةStassi, Stefano, et al. "Flexible tactile sensing based on piezoresistive composites: A review." Sensors 14.3 (2014): 5296-5332.
 مسارات ميكروفلويديك
 معدن سائل Y. Park, B. Chen and R. J. Wood, "Design and Fabrication of Soft Artificial Skin Using Embedded Microchannels and Liquid Conductors," in IEEE Sensors Journal, vol. 12, no. 8, pp. 2711-2718, Aug. 2012, doi: 10.1109/JSEN.2012.2200790. محلول أيوني Chossat, Jean-Baptiste, et al. "A soft strain sensor based on ionic and metal liquids." Ieee sensors journal 13.9 (2013): 3405-3414.
 كهرضغطية L. Seminara, L. Pinna, M. Valle, L. Basiricò, A. Loi, P. Cosseddu,A. Bonfiglio, A. Ascia, M. Biso, A. Ansaldoet al., “Piezoelectricpolymer transducer arrays for flexible tactile sensors,”IEEE SensorsJournal, vol. 13, no. 10, pp. 4022–4029, 2013Li, Chunyan, et al. "Flexible dome and bump shape piezoelectric tactile sensors using PVDF-TrFE copolymer." Journal of Microelectromechanical Systems 17.2 (2008): 334-341.
 السعة H. Wang, D. Jones, G. de Boer, J. Kow, L. Beccai, A. Alazmani, andP. Culmer, “Design and characterization of tri-axis soft inductive tactilesensors,”IEEE Sensors Journal, vol. 18, no. 19, pp. 7793–7801, 2018A. Frutiger, J. T. Muth, D. M. Vogt, Y. Mengüç, A. Campo, A. D.Valentine, C. J. Walsh, and J. A. Lewis, “Capacitive soft strain sensorsvia multicore–shell fiber printing,”Advanced Materials, vol. 27, no. 15,pp. 2440–2446, 2015
 المجالات المغناطيسية Wang, D. Jones, G. de Boer, J. Kow, L. Beccai, A. Alazmani, andP. Culmer, “Design and characterization of tri-axis soft inductive tactilesensors,”IEEE Sensors Journal, vol. 18, no. 19, pp. 7793–7801, 2018T. Hellebrekers, O. Kroemer, and C. Majidi, “Soft magnetic skin forcontinuous deformation sensing,”Advanced Intelligent Systems, vol. 1,no. 4, p. 1900025, 2019
 الفقد البصري Zhao, Huichan, et al. "Optoelectronically innervated soft prosthetic hand via stretchable optical waveguides." Science robotics 1.1 (2016).C. To, T. L. Hellebrekers, and Y.-L. Park, “Highly stretchable opticalsensors for pressure, strain, and curvature measurement,” in2015IEEE/RSJ InternationalC. B. Teeple, K. P. Becker, and R. J. Wood, “Soft curvature and contactforce sensors for deep-sea grasping via soft optical waveguides,” in2018IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS). IEEE, 2018, pp. 1621–1627
 فقدان الصوت Chossat, Jean-Baptiste, and Peter B. Shull. "Soft Acoustic Waveguides for Strain, Deformation, Localization and Twist Measurements." IEEE Sensors Journal (2020)

يمكن بعد ذلك إدخال هذه القياسات في نظام التحكم.

 الاستخدامات والتطبيقات 

المساعدة الجراحية

يمكن ادخال الروبوتات اللينة في مهنة الطب، خاصة في التدخل الجراحي، ويمكن صنعها للمساعدة في العمليات الجراحية بسبب تمتعها بخصائص تغيير شكلها، إذ يعد تغيير الشكل أمرًا مهمًا يمكن الروبوت اللين من التنقل حول التراكيب المختلفة في جسم الإنسان عن طريق التعديل الشكلي ويمكن تحقيق ذلك من خلال استخدام التشغيل المرن.Cianchetti, Matteo; Ranzani, Tommaso; Gerboni, Giada; Nanayakkara, Thrishantha; Althoefer, Kaspar; Dasgupta, Prokar; Menciassi, Arianna (1 June 2014). "Soft Robotics Technologies to Address Shortcomings in Today's Minimally Invasive Surgery: The STIFF-FLOP Approach". Soft Robotics. 1 (2): 122–131. doi:10.1089/soro.2014.0001. ISSN 2169-5172.

بدلات خارجية

أيضًا قد تستخدم الروبوتات اللينة لإنشاء بدلات خارجية مرنة، أو لإعادة تأهيل المرضى، أو مساعدة كبار السن، أو ببساطة تعزيز قوة المستخدم. وقد ابتكر فريق من جامعة هارفارد بدلة خارجية باستخدام هذه المواد لإضفاء مزايا القوة الإضافية التي توفرها البدلة الخارجية من غير العيوب التي تأتي مع استخدام المواد الصلبة التي تحد من الحركة الطبيعية للشخص. يذكر أن البدلات الخارجية هي عبارة عن هياكل معدنية مزودة ببعض العضلات لمضاعفة قوة مرتديها ويُطلق عليها أيضًا الهياكل الخارجية، كما يعكس الهيكل المعدني للبدلات الروبوتية إلى حد ما الهيكل العظمي الداخلي لمن يرتديها فالبدلة تجعل الأشياء المرفوعة تبدو أخف وزنا وأحيانًا خالية من الوزن، مما يقلل من الإصابات ويحسن الامتثال.Walsh, Conor; Wood, Robert (5 August 2016). "Soft Exosuits". Wyss Institute. Retrieved 27 April 2017.

الروبوتات التعاونية

تم بشكل تقليدي عزل روبوتات التصنيع عن العمال البشر بسبب مخاوف تتعلق بالسلامة، حيث يمكن بسهولة أن يؤدي اصطدام الروبوت الصلب بالإنسان إلى الإصابة بسبب الحركة السريعة للروبوت. ومع ذلك، يمكن أن تعمل الروبوتات الناعمة جنبًا إلى جنب مع البشر بأمان، حيث إن الطبيعة المرنة للروبوت في حالة الاصطدام ستمنع أو تقلل من أي إصابة محتملة.

تقليد الطبيعة

يوجد تطبيق لتقليد الطبيعة عبر الروبوتات الناعمة في استكشاف المحيطات أو الفضاء للبحث عن حياة خارج كوكب الأرض، ويحتاج العلماء إلى معرفة المزيد عن الأجسام المائية خارج كوكب الأرض ولا سيما أن الماء هو مصدر الحياة على الأرض، ويمكن استخدام الروبوتات الناعمة لتقليد الكائنات البحرية التي يمكنها المناورة بكفاءة تحت الماء. حاول فريق في كورنيل تنفيذ مثل هذا المشروع في عام ٢٠١٥ بموجب منحة من خلال «المفاهيم المتقدمة المبتكرة ((NIAC التابعة لوكالة ناسا» وشرع الفريق في تصميم روبوت ناعم يحاكي اللامبري أو الحبار بالطريقة التي تتحرك بها تحت الماء من أجل استكشاف المحيط بكفاءة أسفل الطبقة الجليدية لقمر المشتري يوروبا، لكن استكشاف جسم مائي خاصة على كوكب آخر يصاحبه مجموعة فريدة من التحديات الميكانيكية والمواد.

 الاعتبارات الميكانيكية في التصميم 

اجهاد الانهيار من الانحناء

غالباً لابد أن تحظى الروبوتات الناعمة، خاصة تلك التي صممت لمحاكاة الطبيعة، بالتحميل الدوري من أجل الحركة أو أداء المهام التي صُممت من أجلها، فعلى سبيل المثال في حالة الروبوت الذي يشبه اللامبري أو الحبار الموصوف أعلاه قد تتطلب الحركة تحليلاً كهربيًا للماء واشعالاً للغاز، مما يتسبب في توسع سريع لدفع الروبوت إلى الأمام Ju, Anne (May 12, 2015). "Soft robot to swim through Europa's oceans". Cornell Chronicle. Retrieved 2019-05-23.، وسيؤدي هذا التمدد والانكماش المتكرر والمتفجر إلى خلق بيئة من التحميل الدوري المكثف على المادة البوليمرية المختارة، وسيكون من المستحيل تقريبًا إصلاح أو استبدال الروبوت تحت الماء و / أو في يوروبا، لذلك يجب توخي الحذر لاختيار مادة وتصميم يقللان من بدء وانتشار شقوق الإجهاد، إذ يجب على المرء أن يختار مادة لها حد الكلال، أو تردد اتساع إجهاد على وجه الخصوص لتكون فوق اجهاد رد البوليمر الذي لم يعد يعتمد على التكرار.Courtney, Thomas H. (2000). Mechanical behavior of materials (2nd ed.). Boston: McGraw Hill. ISBN 0070285942. OCLC 41932585.

الفشل الهش (الكسر)عند البرودة

ثانيًا: يجب على المرء مراعاة تأثيرات درجة الحرارة، إذ يميل الإجهاد الخاضع للمادة إلى الانخفاض مع درجة الحرارة، ويكون هذا التأثير أكثر حدة في المواد البوليمرية نظرًا لأن الروبوتات اللينة مصنوعة من مواد عالية المرونة، كذلك يمكن أن تتمدد السلاسل الطويلة في العديد من البوليمرات وتنزلق مع بعضها البعض في درجة حرارة الغرفة ودرجات الحرارة المرتفعة، مما يمنع التركيز الموضعي للإجهاد في منطقة واحدة ويجعل المادة قابلة للسحب."MIT School of Engineering | » Why do plastics get brittle when they get cold?". Mit Engineering. Retrieved 2019-05-23. لكن معظم البوليمرات تخضع لدرجات حرارة انتقالية من قياس المطيلية "Brittle-Ductile Transition". polymerdatabase.com. Retrieved 2019-05-23. حيث لا توجد طاقة حرارية كافية للسلاسل الطويلة للاستجابة بهذه الطريقة المطيلية، وتكون التجزئة أكثر احتمالًا. يُعتقد في الواقع أن ميل المواد البوليمرية إلى أن تصبح هشة في درجات حرارة منخفضة هو المسؤول عن كارثة مكوك الفضاء تشالنجرUlanoff, Lance (7 November 2014). "'Big Hero 6' star Baymax was inspired by a real robot". Mashable. Retrieved 20 January 2019.، ويجب أن يؤخذ على محمل الجد، خاصة بالنسبة للروبوتات اللينة التي سيتم تنفيذها في الطب، ولا يلزم أن تكون درجة الحرارة الانتقالية لقياس المطيلية مثلما يعتقد المرء ويعتبره «باردًا»، فهي في الواقع سمة من سمات المادة نفسها، اعتمادًا على تبلورها وصلابتها وحجم المجموعة الجانبية (في حالة البوليمرات)، وما عداها من عوامل أخرى.

 المجلات الدولية 
 (SORO) الروبوتات اللينة
 قسم الروبوتات اللينة في «الحدود في الروبوتات والذكاء الاصطناعي»

 الأحداث الدولية 
 ٢٠١٨ أول مؤتمر دولي عن الروبوتات الناعمة، من ٢٤ إلى ٢٨ أبريل، ٢٠١٨، ليفورن، إيطاليا
 ٢٠١٧ ورشة عمل IROS 2017 حول التصميم المورفولوجي الناعم للإحساس اللمسي والتفاعل والعرض، 24 سبتمبر 2017، فانكوفر، كولومبيا البريطانية، كندا
 ٢٠١٦ أول تحدي للروبوتات اللينة، 29-30 أبريل، ليفورنو، إيطاليا
 ٢٠١٦ أسبوع الروبوتات اللينة، 25-30 أبريل، ليفورنو، إيطاليا
 ٢٠١٥ «الروبوتات الناعمة: التشغيل، التكامل، والتطبيقات - مزج وجهات النظر البحثية لتحقيق قفزة إلى الأمام في تكنولوجيا الروبوتات اللينة» في ICRA2015، سياتل واشنطن
 ٢٠١٤ ورشة عمل حول التقدم في الروبوتات اللينة، ٢٠١٤ مؤتمر علوم وأنظمة الروبوتات (RSS)، بيركلي، كاليفورنيا، ١٣ يوليو ٢٠١٤
 ٢٠١٣ ورشة العمل الدولية حول الروبوتات اللينة والحساب الصرفي، مونتي فيريتا، 1١٤-١٩ يوليو ٢٠١٣
 ٢٠١٢ المدرسة الصيفية للروبوتات الناعمة، زيورخ، ١٨-٢٢ يونيو ٢٠

 الثقافة الشعبية 
يحتوي فيلم ديزني «الأبطال الستة ٢٠١٤» على الروبوت الناعم «بايمكس» الذي تم تصميمه أساساً للاستخدام في قطاع الرعاية الصحية، وصُور بالفيلم على أنه روبوت كبير ولطيف ويحيط بهيكله الميكانيكي الفينيل الضخم، علماً بأن أساس مفهوم بايماكس أتي من أبحاث الحياة الحقيقية عن تطبيقات الروبوتات الناعمة في مجال الرعاية الصحية مثل أبحاث عالم الروبوتات كريس اتيكسون في معهد الروبوتات في كارنيغي ميلون.rimboli, Brian (Nov 9, 2014). "CMU's soft robotics inspire Disney's movie Big Hero 6 – The Tartan". The Tartan. جامعة كارنيغي ميلون. Retrieved 2016-08-15. كما يحتوي فيلم الرسوم المتحركة «سبايدرمان» المُنتج عام ٢٠١٨ على النسخة الانثوية من الدكتور الشرير الاخطبوط التي تستخدم مخالب بنية من الروبوتات الناعمة لإخضاع خصومها.

 انظر أيضًا 
 روبوت صناعي
 روبوت

 روابط خارجية 
 Soft Robot - A Review (Elveflow) 
 Dielectric elastomer actuators (softroboticstoolkit.com)
 HEASEL actuators: soft muscles (nextbigfuture.com).

 المراجع 

تصنيف:العلم في الثقافة الشعبية
تصنيف:روبوتات حيوية
تصنيف:روبوتيات
روبوت
علم الحاسوب
تصنيف:كينماتيكا روبوتية