توجد العديد من الطرق المختلفة لتحويل الكتلة الحيوية إلى طاقة كهربائية. من هذه الطرق تخمير الكتلة الحيوية، وإنتاج الغاز الحيوي (الميثان)، ثم حرق الميثان في خلية وقود. وتوجد طريقة أخرى أبسط كثيرًا من حيث المفهوم، وتتمثل في استخدام خلية وقود ميكروبية. تُعد خلية الوقود الميكروبية شبيهة بالبطارية إلى حد ما، لكنها تستخدم التفاعل الكيميائي الحيوي لتوليد الطاقة الكهربائية، بدلًا من استخدام تفاعل كيميائي. مثل البطارية العادية تمامًا، تتكون خلية الوقود الميكروبية من قسمين: الأنود والكاثود. غير أنَّ قسم الأنود في خلايا الوقود الميكروبية التي طورت في مختبر بريستول للروبوتات، يحتوي على «حساء» سائل من الميكروبات القادرة على هضم الطعام حرفيًّا. يتكون هذا الحساء عادةً من رواسب مياه الصرف الصحي، التي يقع الاختيار عليها؛ لأنها تحتوي على مجموعة كبيرة من أنواع الميكروبات القادرة على هضم أي مادة حيوية بشكل عام، وتحليلها.

 ويترتب على عملية الهضم هذه إنتاج الأيونات التي تحمل شحنة كهربائية بالطبع. إضافة إلى ذلك، فالكاثود في خلايا الوقود الميكروبية المطورة في مختبر بريستول للروبوتات مكشوف للهواء، وهو يمتص الأكسجين؛ مما يساعد على تبادل الإلكترونات عبر غشاء يوجد بين الأنود والكاثود. وفي حالة توصيل خلية وقود ميكروبية داخل دائرة كهربائية، يتدفق تيار من الأنود إلى الكاثود، وحينها نحصل على بطارية بيولوجية تؤدي وظيفتها بالاعتماد على الطعام.

تولد خلايا الوقود الميكروبية مستويات منخفضة جدًّا من الطاقة؛ فعادةً ما توفر خلية الوقود الميكروبية الواحدة عددًا قليلًا من وحدات الميكرووات (أي أقل مما تنتجه بطارية AAA قياسية بألف مرة)، وخلال التطوير المبكر لخلايا الوقود الجرثومية بمختبر بريستول للروبوتات، اختبر الباحث يوانس يروبولس مواد غذائية مختلفة لمحاولة العثور على واحدة تنتج أفضل كفاءة للطاقة. وكانت أفضل مادة اكتشفها هي الكيتين المتعدد السكاريد، الذي يوجد عادةً في الهياكل الخارجية للحشرات. والجدير بالملاحظة أن أحد نماذج إيكو بوت الأولية استمد طاقته من ثماني ذبابات منزلية (موسكا دوميستيكا) ميتة واحدة لكل خلية وقود ميكروبية.

إنَّ ثمانية من خلايا الوقود الميكروبية المتصلة على التوالي تولد قدرًا قليلا جدا من الطاقة لا يكفي لتشغيل الروبوت بشكل مستمر؛ لذلك تستخدم الطاقة الكهربائية التي تنتجها خلايا الوقود الميكروبية لشحن مجموعة من المكثفات الفائقة حتى يتوفر ما يكفي من الطاقة المخزنة لتشغيل الروبوت. ولهذا يعمل إيكو بوت بنمط متقطع يمر فيه بفترات من التوقف عن العمل في أثناء هضم الطعام، وفترات أقصر من النشاط المفاجئ عند استشعار بيئته، ونقل البيانات، وقيادة محركاته، وبناءً على هذا، لم يكن إيكو بوت الثاني أول روبوت في العالم يكتسب طاقته من الذباب الميت فحسب، بل ربما كان أيضًا الأبطأ على الإطلاق، حيث يتحرك بسرعة 13سم في الساعة. ومع ذلك، كانت الطاقة المكتسبة من ثماني ذبابات ميتة فقط تكفيه ليعمل دون توقف لمدة أسبوعين تقريبا.

 وبالرغم من اعتبار إيكو بوت الثاني إنجازًا كبيرًا، فقد كان به عیبان خطيران العيب الواضح أنه : ، يجب تزويده بالطاقة» يدويا؛ بمعنى آخر، يُدخل الطعام يدويا في حجرات الأنود بخلايا الوقود الميكروبية الثمانية. فعلى عكس سلفه سلج بوت، لم يكن إيكو بوت الثاني قادرًا على الحصول على طعامه بنفسه. وظهرت أيضًا مشكلة ثانية، لا تقل خطورة عن العيب الأول، وهي تصميم خلايا الوقود الميكروبية لا سيما حجرة الأنود المغلقة. فهناك نفايات تنتج عن الهضم، وفي النهاية، تسمم هذه النفايات الكائنات الدقيقة الهاضمة؛ ومن ثم ستتوقف خلية الوقود الميكروبية عن العمل إلى حين تجديد لقاح الهضم. وقد صمم إيكو بوت الثالث على يد يوانس يروبولس وجون جرينمان وكريس ميليش وإيان هورسفيلد للتغلب على هذين القيدين.

يتمثل أحد الابتكارات المهمة في إيكو بوت الثالث في تصميم خلية الوقود الميكروبية الفردية. وكما هو موضح في الشكل 1 (الصورة الملحقة)، أُضيفت منافذ الإدخال والإخراج إلى حجرة الأنود كي يمكن تدوير اللقاح الميكروبي الخاص بخلية الوقود الميكروبية. وكان من المهم أيضًا أن يتقلص حجم خلية الوقود الجرثومية إلى حوالي اسم مكعب؛ إذ أظهرت الاختبارات أن زيادة عدد خلايا الوقود الجرثومية الأصغر حجمًا هو أفضل طريقة لزيادة الطاقة الناتجة من الجهاز الهضمي الاصطناعي للروبوت. ومن ثم زود إيكو بوت الثالث بثمان وأربعين خلية وقود جرثومية توجد في حلقتين حول جسم الروبوت.

شكل 1 إيكو بوت الثالث: روبوت بجهاز هضمي اصطناعي. توضح الصورة إحدى خلايا الوقود الميكروبية.

في ابتكار آخر لإيكو بوت الثالث احتوى الروبوت على مصيدة ذباب في الجزء العلوي من الروبوت. وبنفس فكرة نبات الإبريق الآكل للحشرات، فإنَّ مزيج اللون والفيرومونات الاصطناعية يجذب الذباب لدخول المصيدة، حيث تسقط في بركة تحتوي على اللقاح الميكروبي. وفي البركة يُهضم الذباب وينتج عنه محلول غني بالمغذيات، يُنقل بعد ذلك عبر أنابيب إلى خلايا الوقود الميكروبية الثمانية والأربعين حيث تكتمل عملية الهضم وتولد الطاقة لتشغيل الروبوت وللحصول على أقصى قدر من الطاقة، يُعاد تدوير اللقاح مرتين عبر خلايا الوقود الميكروبية. تُصفّى النفايات الصلبة من المحلول ويقوم الروبوت حرفيا بإخراجها في صورة فضلات . وبناءً على هذا، يُعد إيكو بوت الثالث هو المثال الوحيد المعروف، حتى الآن للروبوت المزود بجهاز هضمي اصطناعي كامل.

 تتكون بيئة الاختبار التجريبية للروبوت من خزان زجاجي مغلق يدخل فيه الذباب الحي. يسير الروبوت على عجلات ويتحرك ذهابًا وإيابًا على طول مجموعة من القضبان القصيرة، تصل بين أحد طرفي الخزان والطرف الآخر. يوضح هذا أن الروبوت قادر على توليد طاقة كافية للتنقل، إضافةً إلى تلك الطاقة المطلوبة لتشغيل التمثيل الغذائي الداخلي الخاص به. الحق أن استقلالية الروبوت في الحصول على الطاقة تستلزم حصوله على الماء علاوةً على البروتين، وهو يستطيع جمع الماء من أنبوب في أحد طرفيه. وفي حالة وجود إمداد مستمر من الماء والبروتين في الخزان على شكل ذباب، فإنَّ الروبوت يكون قادرًا، من الناحية النظرية على مواصلة العمل دون توقف (على عكس أسلافه من روبوتات الإيكو بوت).

أرى أن إيكو بوت الثالث مهم لعدة أسباب أولها أنه يقدم إثباتًا لمفهوم الروبوتات المستقلة من ناحية الطاقة التي تجمع طعامها وتهضمه للحصول على الطاقة، وأنه يستطيع القيام بذلك مع توليد ما يكفي من الطاقة الفائضة لأداء مهامه، وثاني هذه الأسباب أن إيكو بوت الثالث يجسد التطبيق الجديد لأساليب التصميم والتصنيع، وذلك بالاستفادة المكثفة من الطباعة الثلاثية الأبعاد للأشكال والهياكل البلاستيكية المعقدة التي تدمج بعض أنابيب الروبوت، على سبيل المثال. أما السبب الثالث، فهو أن الروبوت يجسد تعاونا متعدد التخصصات بين علم الروبوتات والكيمياء الحيوية. وعلى الرغم من أنه قد يُعد أحد الروبوتات المستوحاة من الأحياء بشكل كبير من نبات الإبريق)، يمكن حقا وصف إيكو بوت الثالث بأنه روبوت حيوي. ما التطبيقات المحتملة لتقنية إيكو بوت؟ يمكن للمرء أن يتخيل، على سبيل المثال، روبوتا بستانيا قادرًا على تحديد الحشائش والآفات الكبيرة (مثل البزاقات) والتقاطها بشكل انتقائي لتزويد نفسه بالطاقة بما يجمعه، ثم يخرج نفاياته في صورة سماد. مثل هذا الروبوت سوف يعيش» فعليًّا في حديقتك، ويؤدي عمله بهدوء واستقلالية، في مجالي البستنة والزراعة، يمكن للمرء أن يتخيل مجموعات من هذه الروبوتات ذاتية التنظيم ....تعمل بشكل جماعي - وعضوي (نظرًا لعدم وجود مبيدات أعشاب أو مبيدات حشرية) - لمكافحة الحشائش والآفات في الحقول والصوب الزراعية.

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

بذكرى شهادته.. جموع الزائرين تشيع النعش الرمزي للإمام الكاظم (عليه السلام) عند مرقده الطاهر في بغداد

العتبة العباسية المقدسة تنظم مجلس عزاء بذكرى شهادة الإمام الكاظم (عليه السلام)

جموع المؤمنين تشيّع النعش الرمزي للإمام الكاظم (عليه السلام) عند العتبتين المقدستين

شعبة التوجيه الديني النسوي تنظم مسابقة ميدانية بذكرى شهادة الإمام الكاظم (عليه السلام)

المزيد

الآخبار الصحية

الخبز الأسمر أم الأبيض.. أيهما أفضل لضبط سكر الدم؟

عقاقير التخسيس و"الانتحار".. الحكومة الأميركية تحسم الجدل

الهرم الغذائي الجديد.. لماذا يعد "انقلابا" في خارطة الطعام؟

لحماية ظهرك وقلبك في آن واحد.. ما وضعية النوم الصحيحة؟

المزيد

الآخبار التكنلوجية

كيف يعزز الضوء الطبيعي تفكيرك وانتباهك خلال اليوم

سابقة.. طاقم من محطة الفضاء الدولية يعود إلى الأرض مبكرا

منصات التواصل تضرّ بنفسية المراهقين… والفتيات الأكثر تأثرا

ابتكار ألماني قد يغيّر مستقبل صناعة البلاستيك

المزيد

مواضيع ذات صلة

كرونوس: دراسة حالة لروبوتات المستقبل التي تشبه البشر

الروبوتات الأليفة الروبوتات الحيوانية الشكل

الوادي الغريب

نحو تطوير روبوتات رفيقة : الروبوتات التي يمكننا التواصل معها

تطبيقات الروبوتات الشبيهة بالبشر

الروبوتات التي تشبه البشر والروبوتات البشرية

الروبوتات القابلة للتعلم

سكراتش بوت: نهج المحاكاة الحيوية لاستشعار العالم

الروبوتات القائمة على السلوك

كيفية تصميم روبوت مستقل

الروبوتات الحيوية

تصنيف الروبوتات