قام باحثون من جامعة بريستول ببناء نموذج مادي باستخدام محركات كهربائية بسيطة لدراسة تنسيق العضلات. وفقاً لأعمالهم المنشورة في مجلة Interface التابعة للجمعية الملكية، يمكن لهذا التنسيق أن ينبثق تلقائياً من تكوين النظام، دون الحاجة إلى برمجته، مما قد يلهم مجال الروبوتات.
تقوم العضلات بتحويل الطاقة الكيميائية إلى حركة وتنتج قوة منتظمة، على الرغم من أنها تتكون من عدد كبير جداً من المكونات الجزيئية الصغيرة. عندما يتغير الحمل، تتكيف دون تردد أو انهيار.
يوجد في قلب العضلة القسيم العضلي، وهو الوحدة الأساسية لإنتاج القوة، ويتكون من خيوط الأكتين ومحركات جزيئية تسمى الميوسين. تمسك هذه المحركات بأسلاك الأكتين وتشدها ثم تطلقها بشكل متكرر، مما يسمح بانقباض الألياف العضلية.
بدلاً من محاكاة كيمياء الميوسين، مثّله الباحثون بـ«دوار» يساهم فقط عندما يكون متصلاً ميكانيكياً بـ«عمود فقري» مادي. يجمع جهازهم المختبري صفاً من المحركات الكهربائية الصغيرة المتصلة ببنية ميكانيكية مشتركة، تسحب ضد سائل لزج، وهي مقاومة مشابهة لتلك التي تواجهها المحركات البيولوجية.
لا تبقى المحركات متصلة بشكل دائم: كل محرك يدفع الهيكل المتحرك لفترة وجيزة ثم يتركه. وبالتالي، ينقل هذا الهيكل تأثير محرك إلى الذي يليه، دون اتصال مباشر بينها.
تنسيق بدون قائد
في هذا النظام المبسط، تظهر عدة سلوكيات قريبة من تلك الموجودة في العضلات تلقائياً. عندما تزداد المقاومة، تطور المحركات بشكل جماعي علاقة بين الحمل والسرعة، وتساهم وحدات أكثر في الجهد. في ظل ظروف معينة، تصبح الحركة متقطعة، مع فترات من الشد تتخللها انزلاقات مفاجئة. يمكن للنظام أيضاً تشكيل موجات تنسيقية تنتشر على طول الجهاز.
يقارن الباحثون هذا التنظيم بتنظيم الأسواط والأهداب، وهي استطالات مجهرية لبعض الخلايا حقيقية النواة، مثل ذيل الحيوان المنوي. هناك أيضاً، تنتشر محركات جزيئية على طول هيكل يسمى المحور المحوري، يحول نشاطها إلى موجات انحناء. في الحيوان المنوي، هذه الموجات ضرورية للحركة والخصوبة، بينما تقوم الأهداب بتدوير السوائل في الجهاز التنفسي، وترتبط بالصحة والمرض.
آفاق لـالروبوتات
في مجال الروبوتات، لا يزال تعاون العديد من المشغلات، أي «عضلات» الروبوت التي تحول مصدر طاقة مثل الكهرباء إلى حركة، صعباً ومكلفاً. غالباً ما تكون هناك حاجة إلى أجهزة استشعار وحلقات تغذية راجعة وخوارزميات تحكم، مما قد يجعل النظام بأكمله هشاً وعرضة للأخطاء.
وفقاً للمؤلفين، فإن نموذجاً ينبثق فيه التنسيق من التكوين يفتح آفاقاً لمشغلات أبسط. يتوافق هذا المسار مع الأبحاث حول الروبوتات المرنة، التي تستخدم مواد مرنة، والعضلات الاصطناعية المخصصة للروبوتات. يرى الباحثون أنه يمكن الاستفادة من هذا المبدأ، نحو آلات يساهم جسدها في تشكيل حركاتها.
