لقد ألهمت الطريقة التي تلتصق بها Cheerios معًا نوعًا جديدًا من الروبوتات

نفس الظاهرة التي تجعل الخنافس تطفو عبر البرك وتسبب تجمعات تشيريوس يمكن تسخيرها معًا في وعاء الحبوب الخاص بك لصنع روبوتات عائمة صغيرة.

أحد هذه التأثيرات، وهو تأثير مارانجوني، ينشأ عندما ينتشر مائع ذو توتر سطحي منخفض بسرعة عبر سطح مائع ذو توتر سطحي أعلى. يتم استغلال هذا التأثير بواسطة تضيق الخنافس، التي تطورت للانطلاق عبر البرك عن طريق إفراز مادة تسمى ستينوسين، وكذلك قوارب الألعاب التي تعمل بالصابون.

وللتحقق من كيفية استخدام المهندسين لذلك، قام جاكسون ويلت من جامعة هارفارد وزملاؤه بطباعة أقراص بلاستيكية مستديرة ثلاثية الأبعاد يبلغ قطرها حوالي سنتيمتر واحد. وفي داخل كل منها غرفة هوائية للطفو وخزان وقود صغير يحتوي على الكحول، الذي يتميز بتوتر سطحي أقل من الماء، بتركيزات تتراوح بين 10 إلى 50 في المائة. يتسرب الكحول تدريجيًا من القرص، ويدفعه عبر سطح الماء.

استخدم الفريق الكحول كوقود لأنه يتبخر، على عكس الصابون الذي يلوث الماء في النهاية ويفسد تأثير مارانجوني. اتضح أنه كلما كان الكحول أقوى، كلما كانت النتيجة أفضل. يقول ويلت: “ستكون البيرة سيئة للغاية”. “ربما تكون الفودكا هي أفضل شيء يمكنك استخدامه. الأفسنتين… سيكون لديك الكثير من الدفع. وبسرعات قصوى، تحركت الروبوتات بسرعة 6 سنتيمترات في الثانية، وشهدت بعض التجارب دفع كرات الصولجان لمدة تصل إلى 500 ثانية.

من خلال طباعة أقراص الصولجان بأكثر من منفذ وقود واحد ومن خلال لصقها معًا، تمكن الباحثون أيضًا من إنشاء أجهزة أكبر ترسم منحنيات واسعة أو تدور على الفور. كما أن استخدام كرات الصولجان المتعددة يسمح للباحثين بالتحقيق في “تأثير تشيريوس”، وهو عندما تتجمع الحبوب أو غيرها من الأجسام العائمة المماثلة. يحدث هذا لأنها تشكل هلالة، أو سطحًا منحنيًا، في السائل، وتنجذب هذه الأسطح نحو بعضها البعض.

يقول ويلت إن الأجهزة المطبوعة ثلاثية الأبعاد يمكن أن تكون مفيدة في التعليم لمساعدة الطلاب على فهم المفاهيم المتعلقة بالتوتر السطحي بشكل حدسي، ولكنها يمكن أن ترى أيضًا تطبيقات في العمليات البيئية أو الصناعية إذا تم تصميمها بعناية لخلق سلوك أكثر تعقيدًا وأنيقًا.

على سبيل المثال، إذا كانت هناك مادة تحتاج إلى الانتشار في جميع أنحاء بيئة يمكن أن تكون أيضًا بمثابة وقود مناسب، فيمكن للروبوتات نشرها تلقائيًا. يقول ويلت: “لنفترض أن لديك مسطحًا مائيًا حيث تحتاج إلى إطلاق بعض المواد الكيميائية، وتريد توزيعها بشكل أكثر توازناً، أو أن لديك عملية كيميائية تحتاج إلى ترسيب المواد فيها بمرور الوقت”. “أشعر أن هناك بعض السلوكيات المثيرة للاهتمام هنا.”