طور الباحثون طريقة لتوجيه روبوتات السباحة المجهرية باستخدام أنماط الضوء ومبادئ النظرية النسبية لأينشتاين. تعد هذه التكنولوجيا خطوة أولى محتملة نحو نشر الروبوتات الصغيرة في تطبيقات تتراوح من الطب إلى التصنيع.

أحد التحديات الرئيسية للتنمية الروبوتات الصغيرة بالنسبة للتطبيقات العملية، يتمثل الهدف في إنشاء آلات قادرة على الملاحة دون تضمين أجهزة استشعار ضخمة وإلكترونيات أخرى، مما قد يجعل الآلات أكبر من أن تعمل على النطاق المطلوب (مثل داخل جسم الإنسان). وفي محاولة للتغلب على هذه المشكلة، ابتكر علماء الفيزياء في جامعة بنسلفانيا “الزمكان الاصطناعي” لتوجيه الآلات للتحرك بنفس الطريقة التي تتحرك بها المركبات الفضائية أو الضوء أثناء عبور الكون.

في هذه الدراسة، قام الباحثون بغمر روبوتات السباحة ذات الحركة الكهربائية (EK) بقطر 100 ميكرون (تقريبًا عرض شعرة الإنسان) في محلول مؤين وكلفهم بالتنقل في متاهة بسيطة. تمت تغطية الروبوتات بخلايا شمسية صغيرة مزودة بأقطاب كهربائية من كلا الطرفين؛ وعندما تعرضت الخلايا الشمسية للضوء، قامت بتزويد الأقطاب الكهربائية بالطاقة، مما أدى إلى إنشاء مجال كهربائي يدفع الروبوتات عبر المحلول.

كان التحدي يتمثل في توجيه الآلات المجهرية بدقة كافية للوصول إلى نقطة محددة في الفضاء، دون أن تعرقلها جدران المتاهة. وهنا جاء دور النسبية. وفقا للنظرية النسبية العامة لأينشتاين، جاذبية ثني الزمكان حول الأجسام ذات الكتلة. يتبع الضوء والأشياء الجيوديسيا “المستقيمة” – أقصر المسارات – التي تبدو منحنية حول الكتل. ومن الأمثلة الرائعة على ذلك عدسة الجاذبية: على الرغم من أن الضوء ينتقل في خط مستقيم عبر الكون، يمكن أن تظهر عازمة ومكبرة عند المرور عبر بئر الجاذبية لجسم ضخم، مثل مجموعة مجرات كبيرة.

“لقد أظهرنا أن الطريقة التي تتصرف بها روبوتات EK في مجالات الضوء المزخرفة مطابقة للمسارات التي يتبعها الضوء في النسبية العامة،” مؤلف الدراسة الرئيسي مارك المسكينوقال أستاذ مساعد في الهندسة الكهربائية وهندسة النظم في جامعة بنسلفانيا لموقع Live Science في رسالة بالبريد الإلكتروني. “من المثير للدهشة، أنه يمكنك استخدام الروبوتات كنظير للجاذبية نظرًا لأن التطابق دقيق. وبدلاً من ذلك، يمكنك قلب أفكار النسبية العامة لاستخدامها لتوجيه الروبوتات: بنفس الطريقة التي تقوم بها الجاذبية بسحب الأشياء معًا، يمكنك توجيه الروبوتات إلى مكان محدد.”

الزمكان الاصطناعي

ولتقليد هذا التأثير، قام الفريق بتصميم المتاهة على شكل مساحة افتراضية منحنية باستخدام معادلات النسبية. أصبحت المسارات المؤدية إلى الهدف داخل المتاهة عبارة عن خطوط مستقيمة بسيطة في النموذج. ثم قاموا بتحويل النموذج مرة أخرى إلى خريطة ضوئية ثنائية الأبعاد. كانت البقع الداكنة تجتذب الروبوتات بشكل طبيعي، بينما تطردها البقع الأكثر سطوعًا. كانت نقطة نهاية المتاهة هي النقطة الأكثر ظلمة (نوع من التزوير الثقب الأسود)، مع إضاءة العوائق بشكل أكثر سطوعًا.

وبغض النظر عن المكان الذي تم وضعهم فيه في البداية، اتبعت روبوتات EK هذه الجيوديسيات بشكل طبيعي، وتفادت الجدران تلقائيًا، كما لو كانت تنزلق إلى أسفل التل في الفضاء الملتوي. نشر الفريق النتائج التي توصل إليها في نوفمبر 2025 في المجلة الروبوتات npj.

ويرى مسكين أن الدراسة هي جسر بين عالمي الفيزياء والتكنولوجيا، “وليست منافسة بينهما”، على حد قوله. “من ناحية، النسبية والضوء مفهومان جيدًا؛ وربط التحكم التفاعلي بهما يدعو إلى طرق جديدة للتفكير وأدوات راسخة للروبوتات. ومن ناحية أخرى، النسبية العامة والبصريات أيضًا مجردة جدًا (فكر في انحناء الزمكان)، في حين أن الروبوتات ميكانيكية وملموسة (من السهل جدًا فهم سبب قيام الروبوت بما يفعله). بالإضافة إلى إظهار كيفية تصرف الأنواع الجديدة من الروبوتات وفقًا للنظريات المعروفة للبصريات، فإن التجارب تمنح الباحثين نظرة ثاقبة “أكثر قليلاً” عن الأمور العامة وأضاف مسكين أن النسبية، لا سيما في استكشاف تأثير “الزمكان المسطح” في الفضاءات ثنائية الأبعاد.

وفي حين أن دراسة المتاهة هي خطوة مبكرة للغاية، إلا أن ميسكين قال إن التطبيقات العملية قد تظهر خلال السنوات العشر القادمة.

“بعض حالات الاستخدام التي نحن مهتمون باستكشافها تشمل فحص الأسنان بعد قناة الجذر، وهو نوع من خزعة الأسنان للتأكد من إزالة كل شيء، والقضاء على الأورام بعد إجراء قياسات محلية للتأكد من أن الخلايا سرطانية، أو حتى، خارج الحيوية، تجميع الرقائق الدقيقة مع مساعدين آليين صغيرين،” قال ميسكين. “إن العالم الصغير مكان رائع؛ ولن أتفاجأ إذا كانت هذه الأفكار مجرد قمة جبل الجليد.”