AcoustoBots: A swarm of robots for acoustophoretic multimodal interactions
تقدم هذه الورقة "AcoustoBots"، وهي سرب مبتكر من الروبوتات المتنقلة المجهزة بمصفوفات طورية قابلة لإعادة التشكيل ونظام لتوزيع الخرز، للتغلب على قيود وحدات التوجيه الصوتي الاستاتيكية وتمكين تفاعلات متعددة الأنماط، مثل الرفع واللمس والصوت الاتجاهي، بشكل قابل للتوسع والمرونة في مناطق تفاعل موسعة.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
تخيل أن لديك عصا سحرية يمكنها دفع، وسحب، وإمساك الأشياء الصغيرة في الهواء باستخدام الصوت فقط. يُسمى هذا "التحريك الصوتي" (Acoustophoresis). لقد استخدم العلماء هذه التقنية لسنوات لجعل الأشياء تطفو، أو لإنشاء صور ثلاثية الأبعاد من العدم، أو حتى لمنحك شعورًا بـ "اللمس" دون أن يلمس جلدك أي شيء فعليًا.
لكن حتى الآن، كانت هذه العصا السحرية عالقة في مكان واحد. الأمر يشبه امتلاك كشاف قوي لا يمكنك تحريكه؛ فهو يضيء فقط على منطقة صغيرة واحدة. إذا أردت لمس شيء آخر، فعليك إما المشي باتجاه الكشاف، أو يجب أن يكون الكشاف ضخمًا ومكلفًا للغاية ليغطي غرفة كاملة.
إليك "أكوستوبوتس" (AcoustoBots).
قام الباحثون في جامعة كوليدج لندن (UCL) وشركة "ألترا ليب" (Ultraleap) ببناء سرب من الروبوتات الصغيرة والمتنقلة التي تحمل عصي الصوت هذه معها. فكر فيهم كأنهم "يراعات صوتية". فبدلاً من وجود مكبر صوت واحد ضخم وثابت، لديك مجموعة من الروبوتات الصغيرة التي تعمل بالبطارية، والتي يمكنها التجول بحرية حول طاولة أو أرضية، حاملةً معها لوحات إصدار الصوت الخاصة بها.
إليك كيف تعمل، مقسمة إلى أجزاء بسيطة:
1. الروبوتات ذات العجلات
كل "أكوستوبوت" هو روبوت صغير ذو عجلتين (يعتمد على تصميم يسمى "مونا" - Mona) يمكنه التحرك بحرية. وهو يحمل لوحة خاصة مغطاة بـ 64 مكبر صوت فائق (ultrasonic) مرتبة في شبكة 8×8. ولأنها مزودة بعجلات، يمكنها مطاردة يديك أو أذنيك. إذا حركت يدك إلى اليسار، فسوف يتدحرج الروبوت إلى اليسار ليبقي شعور "اللمس" تحت إصبعك مباشرة.
2. خدعة "المفصل"
هذا هو "الرقبة" فائقة المرونة للروبوت. لوحة الصوت ليست ملتصقة بشكل مسطح فوق الروبوت فحسب، بل هي متصلة بـ مفصل يمكنه الميل.
- مسطحة (0 درجة): يستلقي الروبوت بشكل مسطح ليعطيك شعور "اللمس" على راحة يدك (Haptics).
- مائلة (45 درجة): يميل الروبوت ليوجه شعاعًا من الصوت مباشرة إلى أذنك (Audio).
- رأسية (90 درجة): يقف الروبوت مستقيمًا ليحبس جسمًا عائمًا بينه وبين روبوت آخر (Levitation).
الأمر يشبه كاميرا على حامل ثلاثي القوائم، يمكنها التحول فورًا من التصوير المسطح للأرض، إلى التوجيه نحو السقف، إلى التصويب نحو وجهك، كل ذلك بينما يتحرك الحامل نفسه.
3. المساعد "موزع الخرز"
لجعل عملية الأشياء العائمة (الرفع) تعمل تلقائيًا، صنعوا روبوتًا مساعدًا خاصًا يسمى "BeadDispenserBot". تخيل روبوتًا يحمل وعاءً صغيرًا مليئًا بخرز "الستايروفوم". عندما تقوم الروبوتات الأخرى بإعداد "مصيدة صوتية" في الهواء، يتدحرج هذا الروبوت المساعد، ويسقط خرزة واحدة مباشرة داخل المصيدة غير المرئية، لتطفو الخرزة هناك بسحر. هذا يجعل العملية آلية بحيث لا تضطر لوضع الجسم العائم يدويًا.
ماذا يمكنهم أن يفعلوا؟
توضح الورقة البحثية ثلاث طرق رئيسية تتفاعل بها هذه الأسرام الروبوتية معنا:
- سرب اللمس: إذا وضعت يديك على طاولة، يمكن لروبوتين التدحرج تحتهما. سيخلقان "نتوءات" أو اهتزازات غير مرئية في الهواء يمكنك الشعور بها على جلدك، رغم عدم ملامسة أي شيء لك. وإذا حركت يديك، فسيتبعك الروبوتان مثل الكلاب الوفية.
- سرب الصوت: يمكن للروبوتات إمالة رؤوسها لتوجيه الصوت مباشرة إلى أذنيك. وهذا يعني أنه يمكنك سماع همس أو تأثير صوتي محدد تسمعه أنت وحدك، بينما لا يسمع الشخص الواقف بجانبك شيئًا.
- سرب الرفع: يمكن لروبوتين الوقوف في مواجهة بعضهما البعض، مما يخلق "شطيرة صوتية" تمسك بخرزة صغيرة في الهواء. ثم يقوم روبوت "موزع الخرز" بإسقاط الخرزة مباشرة في المنتصف، لتطفو هناك.
لماذا يعد هذا أمرًا مهمًا؟
في السابق، كانت تقنيات الصوت هذه محصورة في صناديق ثابتة. إذا كنت تريد التفاعل مع جسم عائم في الجانب الآخر من الغرفة، فلن تتمكن من ذلك. هذه الروبوتات تكسر هذا الحاجز؛ فهي متنقلة، وتتكون من وحدات مستقلة، وقابلة لإعادة التشكيل. يمكنهم العمل معًا كفريق (سرب) لتغطية مساحة كبيرة، أو يمكنهم الانقسام للقيام بمهام مختلفة في نفس الوقت.
النتائج
اختبر الفريق اثنين من هذه الروبوتات وموزع الخرز. ووجدوا أن:
- الروبوتات يمكنها إمالة لوحات الصوت بدقة عالية جدًا (بخطأ لا يتجاوز درجة واحدة تقريبًا).
- يمكن لموزع الخرز إسقاط الجسيمات في نقطة الطفو بدقة عالية.
- ضغط الصوت (قوة الصوت) كان قويًا بما يكفي لخلق التأثيرات المطلوبة، على الرغم من صغر حجم الروبوتات وعملها بالبطاريات.
باخت مختصر، تحول "أكوستوبوتس" تجربة علمية كانت ثابتة ومرتبطة بغرفة معينة إلى فريق ديناميكي، متحرك، ناطق، وعائم من الروبوتات التي يمكنها جلب الصوت، واللمس، والأجسام العائمة إلى حيثما كنت.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.