توسعه فناوری با الگوبرداری از «سرهمسازی قطعات کوچک»
لگو، فراتر از اسباب‌بازی
عطیه لواسانی
«لگو» این روزها، فقط یک بازی کودکانه نیست بلکه به ابزاری قابل توجه در حوزه فناوری تبدیل شده است؛ تا آنجا که میتوان ردپای آن را در صنایع مختلف از خودروسازی گرفته تا صنایع هوافضا، پیگیری کرد. لگو، این بازی دوستداشتنی کودکان، حالا به ابزاری مهم برای انواع آموزش فکری و علمی به کودکان و نوجوانان تبدیل شده است. لگو، در تعریف کلی، شامل قطعات کوچکی است که امکان انواع اتصال به یکدیگر برای ایجاد قطعهای بزرگتر بر مبنای طرحی خاص را دارند. سادهترین انواع لگو همان است که ابزار بازی کودکان نظیر آدمک یا هواپیما را شامل میشود و مدلهای پیچیده آن، قادر به ساخت پیشرفتهترین محصولات فناورانه و صنعتی است.
بوگاتی لگویی
تا کنون خودروهای سوپر اسپرت در مقیاس یک‌هشتم و از قطعات لگو ساخته شده بود، اما برای اولین بار یک بوگاتی با اندازه واقعی، آن هم با قابلیت رانندگی با این اسباب‌بازی معروف ساخته شده است.
کارخانه اسباب‌بازی سازی لگو طی یک همکاری با شرکت خودروسازی بوگاتی برای اولین بار اقدام به ساخت یک خودروی واقعی با استفاده از قطعات لگو در تمام قسمت‌های آن کرده است.
شرکت خودروسازی بوگاتی با همکاری کارخانه لگو، تمام قطعات مدل بوگاتی شیرون خود را با استفاده از قطعات لگو ساخته است. موتور آن با قدرت ۵.۳ اسب بخار از بیش از ۲۳۰۰ لگو ساخته شده است.
البته این خودرو به سرعت نمونه اصلی نمی‌رسد، اما «لگو شیرون» یک تحقق بسیار تمیز از رویای ساختن یک خودروی کامل از قطعات اسباب‌بازی است.
ساختن این خودرو بیش از ۱۳ هزار ساعت زمان برده و در ساخت آن از بیش از یک میلیون قطعه لگو استفاده شده است. وزن نهایی این خودرو نیز ۱۵۰۰ کیلوگرم است. سازندگان حتی آن را به همان جاده‌ای در آلمان بردند که شیرون اصلی در آن اولین مسیر خود را پیمود و آزمایش پس داد.
لگو شیرون نه تنها به حرکت درآمد، بلکه به سرعت بیش از ۲۰ کیلومتر در ساعت رسید. در حالی که در ساخت آن از هیچ مواد خارجی و بیرونی غیر از قطعات لگو نظیر چسب یا زیرساخت فلزی استفاده نشده است. «اندی والاس» یک راننده مسابقه که برای اولین بار پشت این خودرو نشست، گفته است: وقتی اولین بار «لگو شیرون» را دیدم، دقت ساخت آن و توجه دقیق به جزئیات، من را تحت تاثیر قرار داد. وی اضافه کرده است: رانندگی با «لگو شیرون» یک تجربه عالی و کاملا لذت‌بخش بود. همه این سال‌ها من هرگز تصور نمی‌کردم که روزی یک خودروی ساخته شده از لگو را برانم!
دست مصنوعی از جنس لگو
نکته جالب در مورد لگو، ساختار آن است؛ به این معنا که اگرچه در مواردی، از خود قطعات لگو در ساختن قطعات استفاده نمیشود اما مدل و الگوی لگویی مورد استفاده قرار میگیرد. نمونهای از این کار را میتوان در ساخت یک دست رباتیک سراغ گرفت.
محققان در موسسه فناوری ماساچوست موفق به تولید یک دست رباتیک شدند که بر روی مچ نصب شده و همانند دست سوم انسان عمل میکند. این دستگاه رباتیک پنجه مانند ، متشکل از 11 موتور است که مانند قطعات لگو به هم متصل بوده و هر یک دارای 180 درجه دامنه حرکتی هستند. این دست همچنین دارای کابلهایی است که به حسگر بازوبند و همچنین به یک کنترل کننده مبتنی بر رایانه متصل هستند.
به گفته محققان از این دستگاه جدید میتوان برای یادداشت برداری و ورق زدن صفحات یک کتاب استفاده کرد و همچنین نوازندگان می‌توانند از این دست رباتیک برای نواختن آلات مختلف موسیقی استفاده کننند. آنها همچنین معتقدند که این دست برای افراد مبتلا به بی حسی یا آرتریت مفید است.
اما یک جوان 18 ساله پا را از این هم فراتر گذاشت و با "لگو" دست مصنوعی ساخته است.
این جوان آندورایی که با یک دست ناقص متولد شده و از کودکی عاشق بازی با لگو بوده است، چند وقت پیش تصمیم گرفت از عشق خود برای ساختن یک پروتز مصنوعی و کاربردی استفاده کند و موفق هم شد.
«دیوید آگیلار» مانند بسیاری از کودکان، عاشق بازی با لگو بوده است. دیوید دائما در حال ساخت اسباب‌بازی‌های بزرگتر و بهتر است. اما شرایط دیوید متفاوت از دیگر بچه‌ها بود. او با یک بازوی ناقص متولد شده بود.
دیوید می‌گوید: بزرگ شدن من بسیار آزاردهنده بود. چون جملات زیادی مانند «اوه تو یه دست نداری» یا حرف‌هایی شبیه به آن را می‌شنیدم.
اما دیوید به جای اینکه یک بازوی پروتز استاندارد بگیرد، تصمیم گرفت از تجربه چندین ساله خود در ساخت لگو برای ساختن پروتز استفاده کند و با متصل کردن تعداد زیادی از قطعات لگو، یک بازوی مصنوعی برای خود ساخت.
وی می‌گوید: من اولین بازوی پروتز خود را وقتی 9 ساله بودم، ساختم و آن را روی دستم نصب کردم.
اولین پروتزی که دیوید ساخته بود، قادر به مقاومت در برابر فشار نبود و 9 سال طول کشید تا ابزار و تجربه لازم برای ساخت یک بازوی لگویی مناسب را به دست آورد.
دیوید اولین مدل بازوی خود را با نام MK1 فقط طی 5 روز ساخت که یک نمونه کامل است و می‌تواند حتی از آن برای شنا کردن استفاده کند.
سفینه‌های فضایی لگویی
«Made In Space»
الگوی ساخت محصولات فناورانه به روش لگویی، در پیشرفته ترین صنایع نیز نقشی مهم بر عهده گرفته است.
در روشی که هم اکنون محققان در حال بررسی و آزمایش آن هستند، قطعات فضاپیما در فضای خارج از زمین، مثل لگو گردهم می‌آیند و روی هم سوار میشوند، همه اجزا با هم متناسب و جورند و ارتباطات الکتریکی و اطلاعاتی به طور هم‌زمان میان آنها برقرار میشود.
محققان معتقدند وقتی راکت‌ها دیگر نمی‌توانند بارهای بسیار بزرگ را جابه‌جا کنند، بهترین کار این است که ماشین‌آلات در خود فضا ساخته شوند.
در این روش، یک راکت از سکوی پرتاب بلند میشود و هزاران تن بار را با خود به فضا حمل میکند. ظرف چند دقیقه به شتابی در حد 17 هزار و 500 مایل در ساعت می‌رسد و در فاصله 300 مایلی بالای سطح زمین، در مدار قرار میگیرد.
این راکت حامل چیست؟ شاید یک ماهواره ارتباطی، یک سفینه فضایی یا محموله‌های نظامی؟ اما نه، در حقیقت راکت حاوی چند تن پلاستیک مرغوب و ترکیبات پیش‌ساخته است. موادی که به چاپگر سهبعدی که در مدار زمین در انتظار به سر می‌برد، خواهند رسید. پس از آن این چاپگر پیشرو از پلاستیک و ترکیبات پیش‌ساخته برای ساخت ماهواره‌ای استفاده میکند که چندین مایل وسعت دارد.
ساخت این ماهواره‌های عظیم‌الجثه به نظر غیرممکن می‌رسد، اما این درست همان چیزی است که صنایع فضایی در انتظار آن است. در آینده تلسکوپ‌های عظیم‌الجثه، ماهواره‌های ارتباطی، تجهیزات خورشیدی و ایستگاه‌های فضایی اطرف زمین را پر خواهند کرد و بسیاری از آنها از هر چیزی که تاکنون بر روی سطح زمین ساخته شده بزرگتر خواهند بود.
شرکت آمریکایی Made In Space جایی در قلب چشم‌انداز کوهستانی در کالیفرنیا در تلاش است تا این رویا را به واقعیت تبدیل کند. در طول چند سال گذشته آنها تجهیزاتی را بنا نهاده‌اند که تنها چاپگر سهبعدی موجود در فضاست. این شرکت در نظر دارد چاپگر سهبعدی جدیدی در ایستگاه فضایی بین‌المللی تاسیس کند که بتواند به طور انحصاری در خلاء موجود در فضا کار کند. این ماشین قادر خواهد بود هر چیزی را در مدار زمین چاپ کند و هیچ محدودیتی از نظر اندازه وسیله مورد نظر ندارد. اندرو راش، رئیس شرکت Made In Space می‌گوید: با این چاپگر قادر خواهیم بود ساختارهایی بسازیم که بر روی زمین هرگز قادر به تحمل جرم بی اندازه بزرگ آنها نیستیم.
او ادامه می‌دهد: تنها محدودیت عملی که با آن روبه‌رو هستیم مقدار ماده اولیه‌ای است که میتوان برای سیستم تهیه کرد.
وقتی قرار باشد، قطعات در فضا بر روی هم سوار شوند، امکان ساخت سازههای بزرگ فراهم میآید. در آینده بازتاب‌دهنده‌هایی که از ایستگاه بین‌المللی فضایی بزرگتر خواهند بود، آنتن‌های بسیار طویل و همین‌طور سازههای کابردی خواهند داشت که بسیار کارآمد و ساخت آنها بسیار ساده است.
در واقع اگر بخواهیم مثالی کودکانه برای این عملیات بیاوریم، باید آن را به جابه جا کردن چند سطل پر از قطعات لگو از اتاق اول به اتاق دوم تشبیه کنیم که عملیات متصل کردن قطعات در اتاق دوم انجام می شود. از آنجایی که امکان انتقال یک سازه بزرگ با استفاده از سفینه وجود ندارد، مواد اولیه تشکیل دهنده قطعات سازههای بزرگ توسط فضاپیماها، به تدریج به فضا منتقل میشود، سپس قطعات با استفاده از مواد اولیه، توسط پرینترهای سهبعدی ساخته میشوند و در نهایت مانند قطعات لگو به یکدیگر متصل میشوند. گویا بشر، حتی اگر دانشمند و فضانورد هم بشود، همچنان دوست دارد با لگو بازی کند!
لگو، عامل هوش‌افزایی کودکان
حالا که برخی از کاربردهای لگو در انواع فناوریهای پیشرفته و فوق پیشرفته را مرور کردیم، بد نیست، سری هم بزنیم به همان کاربرد همیشگی و قدیمی لگو؛ اسباببازیها!
لگو، حالا بیش از گذشته، نقش خود را در تربیت ذهنی بچه‌ها نمایان ساخته است. مطالعات نشان می‌دهد کودکانی که با اسباب‌بازی‌های ساخت‌وساز مانند لگو و بازی‌های ویدئویی در کودکی بازی کرده‌اند، مهارت‌های فضایی (ریاضی) بیشتری دارند. براساس مطالعه جدید «موسسه تحقیقات علوم محیطی» تجربه بازی‌های دوران کودکی به شدت در شکل‌گیری مهارت‌های محیطی افراد نقش دارد و این مهارت‌ها می‌تواند برای موفقیت در زمینه‌هایی مانند علوم و مهندسی لازم باشند.
جوانانی که با اسباب‌بازی‌های مبتنی بر ساخت و ساز مانند لگو و یا نوع خاصی از بازی‌های ویدئویی بازی کرده بودند، نسبت به همسالان خود، عملکرد بهتری در آزمون استدلال فضایی مانند مهارت لازم برای چرخش ذهنی اشیا داشتند.
شرکت رباتیک دیگری نیز موفق به طراحی رباتی شده است که می‌تواند با استفاده از لگوهای اسباب‌بازی به کودکان برنامه‌نویسی را آموزش دهد.
در این ربات از تجهیزات رباتیک با کاربری آسان در کنار یک رابط کاربری گرافیکی برنامه نویسی استفاده شده است؛ بنابراین حتی یک کودک شش ساله باهوش هم می‌تواند با استفاده از این ربات، حرفه مهندسی برنامه نویسی را شروع کند. نکته جالب این اختراع این است که پشت آن یک ماژول وجود دارد که از همان قطعات دیگر محصولات این شرکت بهره می‌برد. بنابراین می‌توانید به سادگی آن را به قطعات استاندارد لگو متصل کنید.
آزمایش مقیاس کوچک
با قطعات لگویی
لگو، این امکان را فراهم میکند که یک سازه را بر اساس یک مدل واحد، بارها و بارها تکرار کرد و در واقع به سازههایی مشابه و یکسان دسترسی پیدا کرد. این روش، اخیرا در ساخت آزمایشگاه، مورد استفاده قرار گرفته است.
محققان MIT با استفاده از قطعات لگو یک آزمایشگاه میکروفلوید یا ریزسیال ساختهاند.
این محققان، مقاله‌ای را منتشر کرده‌اند مبنی بر اینکه چگونه از قطعات لگو برای ساخت یک آزمایشگاه کوچک استفاده کرده‌اند. این مقاله در زمینه ریزسیال‌شناسی منتشر شده و توضیح می‌دهد که چگونه دانشمندان یک آزمایشگاه مینیاتوری را برای انجام آزمایش‌های دستکاری جریان مایعات در مقیاس میلی‌لیتر ساختهاند.
این مطالعه، نیاز دانشمندان برای ساخت آزمایشگاهی جهت انجام آزمایشات ریزسیال را بر روی تراشه‌های دوبعدی مسطح توضیح می‌دهد که با کانال‌های کوچک و پورت‌هایی که پس از آن برای انجام عملیات، مانند مخلوط کردن، مرتب سازی، پمپاژ و ذخیره مایعات در حال جریان استفاده میشود، آزمایش میشوند.
ساختن این آزمایشگاه‌های مقیاس‌کوچک، دشوار، وقت‌گیر و پیچیده است. این مشکل، محققان MIT را به بررسی مواد جدید برای ساخت آزمایشگاه‌هایی که دقت و انسجام را ارائه می دهند، به سمت قطعات لگو هدایت کرد.
استفاده از لگو این امکان را می‌دهد که آزمایشات در سراسر جهان با یک فرمول انجام شوند، چرا که اندازه و مشخصات لگو، جهانی است و در همه جا یکسان است.
لگوها نمونه‌های جذاب دقیق و ماژولار در اشیاء هستند که روزانه با آنها سر و کار داریم.
البته دانشمندان MIT از کیت لگو به تنهایی برای انجام آزمایش استفاده نمی‌کردند؛ آنها مجبور بودند در قطعات لگو، کانال‌های دقیق بزنند تا مایعات بتوانند از آنها عبور کنند اما در مجموع، ایده درخشان لگو اجازه می‌دهد تا محققان به سرعت و با کارآمدی، آزمایشگاه را طراحی و بازسازی کنند.
اکنون دانشمندان پس از انجام تغییرات روی لگوها می‌توانند با استفاده از چیدن قطعات کنار هم مثل ساختن یک قلعه، یک سیستم ریزسیال بسازند و امیدوارند در آینده، از لگوها برای ساخت یک کیت از ابزارهای میکروفلوئیدیک استفاده شود.
از آنجا که لگوها بسیار ارزان قیمت، قابل دسترس و دارای اندازه‌های مختلف و تکرارپذیری در نصب، جداسازی و مونتاژ هستند، می‌توانند به عنوان یک جعبه ابزار حاوی اجزای بسیار کوچک به شمار آیند که برخی از ناشدنیهای فناوری را امکانپذیر ساخته است.
دیدگاه تان را بنویسید