Gepubliseer op: 20 April 2025 / Update van: 20 April 2025 - Skrywer: Konrad Wolfenstein
Biomimetika in mikrorobotika met Robobe en Co: Hoe landingstegnieke van insekte robotika dryf - kreatiewe beeld: xpert.digital
Bereken uit die natuur: hoe die biomimetika die grense van robotika verskuif
Klein helpers: insekrobotte verower landbou, medisyne en meer
Die natuur het merkwaardige oplossings ontwikkel vir ingewikkelde uitdagings oor miljoene jare. Dit is juis hierdie doeltreffendheid en elegansie van natuurlike stelsels wat wetenskaplikes toenemend inspireer in die ontwikkeling van gevorderde robottegnologieë. Die biomimetika wat deur insekte geïnspireer is, het gelei tot indrukwekkende deurbrake, veral op die gebied van mikrorobotika. Die onlangse vordering in landingstegnieke vir mikro -robotte, wat geïnspireer is deur insekte soos versnaperinge en bye, demonstreer veral hoe die natuur 'n bloudruk vir innoverende tegniese oplossings kan dien.
Basiese beginsels van biomimetika in robotika
Biomimetika, ook bekend as Bionik, beskryf die sistematiese oordrag van meganismes en metodes van die natuur tot tegnologie. Hierdie interdissiplinêre benadering word al hoe meer waargeneem in gebiede soos materiaalwetenskappe, robotika, hernubare energie, medisyne en inligtingstegnologie. In plaas daarvan om die natuur een na een te kopieer, is die wetenskaplikes besig om die onderliggende beginsels te verstaan en aan te pas vir tegniese toepassings.
Ingenieurs is nog altyd deur die natuur geïnspireer, verduidelik Hartmut Witte, hoof van die biomechatronics -afdeling in Ilmenau. Bionics dien as 'n metode om nie net hierdie assosiasie te bevorder en te sistematiseer nie, maar ook om die basis vir tegniese produkontwikkelings uit te brei. Evolusie het organismes vervaardig wat perfek by hul omgewing aangepas het, en dit is juis hierdie aanpassings wat waardevolle rolmodelle bied vir innovasies in tegnologie.
By die oordrag van biologiese beginsels na tegnologie, word dit duidelik dat ware bionika nie deur eksterne eienskappe herkenbaar is nie, verduidelik Witte. Dit gaan nie oor die blote nabootsing van die eksterne vorm nie, maar oor die aanpassing van die funksionele beginsels wat tot volmaaktheid in die natuur ontwikkel is.
Geskik vir:
Insek -geïnspireerde Micror -robotte: tegniese wonderwerke in miniatuurformaat
Vanweë hul grootte, doeltreffendheid en ongelooflike vaardighede, is insekte beskikbaar as ideale rolmodelle vir die ontwikkeling van mikro -robotte. Haar hoogs ontwikkelde vlugkenmerke, bewegingsmeganismes en aanpassingsvaardighede het navorsers wêreldwyd geïnspireer om hierdie biologiese stelsels tegnies weer te gee.
Robobee: Harvard se vliegmikrobot
Een van die bekendste voorbeelde van insek -geïnspireerde robotika is die Robobee aan die Harvard -universiteit. Hierdie klein vlieënde robot weeg net 'n tiende gram en het 'n vlerkspan van slegs 3 sentimeter. Die Robobee bestaan uit drie hoofkomponente: die liggaam van koolstofvesel, die wafel -dun vlerke en die 'brein', wat bestaan uit 'n aantal intelligente sensors.
Die vlerke word aangedryf deur piëzo -elektriese aktuators - 'n soort kunsmatige spiere wat elektriese energie in beweging omskakel. Hierdie tegnologie stel die mikro -robot in staat om ingewikkelde maneuvers te vlieg, te dryf en uit te voer, soos 'n regte by.
Meer voorbeelde van insek -geïnspireerde mikro -robotte
Aan die Universiteit van Kalifornië, Berkeley, het ingenieurs 'n nog kleiner insek -geïnspireerde vlugrobot ontwikkel. Met 'n deursnee van minder as 1 cm en 'n gewig van slegs 21 mg, is dit die kleinste draadlose robot ter wêreld wat op 'n beheerde manier kan vlieg. Anders as die Robobee, gebruik hierdie robot egter eksterne magnetiese velde as 'n aandrywing en beheer.
Bionik-navorsers van die Georgia Institute of Technology het op hul beurt mikro-robot ontwikkel wat die gedrag van miere naboots. Hierdie klein robotte is net 1,8 millimeter breed, 0,8 millimeter dik en weeg ongeveer 5 milligram. Die navorsers se visie: swerms van hierdie elektroniese insekte kan die bestuiwing van plante in die landbou oorneem.
Die uitdaging van veilige landing
Een van die grootste uitdagings vir die vlieg van mikro -robotte is 'n veilige landing. Vanweë hul klein grootte en liggewig, is hulle veral vatbaar vir lugvlieg en onstabiliteite, veral naby die grond.
Die landingsprobleem van die robobobee
"Tot dusver het ons die voertuig in 'n landing oor die grond afgeskakel, dit net laat val en gebid dat dit beland en veilig beland," verduidelik Christian Chan, 'n doktorale student in die Harvard -navorsingspan. Hierdie onbeheerde landing was 'n aansienlike risiko vir die sensitiewe piëzo -elektriese aktuators en filigraanvlerke van die robot, wat maklik deur 'n impak beskadig kon word.
Die probleem is vererger deur die So -Called So -Called Grond -effek -lugverplasing wat veroorsaak word deur die klopende vlerke en tot onstabiliteit lei tydens landing. Hierdie aërodinamiese uitdagings maak dit veral moeilik vir klein vlugrobotte om op 'n beheerde manier te beland.
Landoplossing geïnspireer deur Schnaken
Om hierdie probleem op te los, het die wetenskaplikes van die Harvard -universiteit na die Crane Fly (Schnake) gekyk, 'n insek met soortgelyke afmetings as die Robobe. Die kraanvlieg kan elegante landings op verskillende substrate uitvoer, danksy hul lang, buigsame bene wat landings kan stoom.
Geïnspireer deur hierdie natuurlike model het die span 'n nuwe landing vir die Robobee ontwikkel: vier lang, buigsame bene, soortgelyk aan dié van die hyskraanvlieg. Hierdie bene is lank en buigsaam genoeg om te verseker dat die grond veilig van die grond af is voordat die hoofliggaam van die robot beïnvloed word deur die problematiese lugturbulensie.
Benewens die meganiese verbeterings, het die wetenskaplikes ook die vlugbeheer van die robot aangepas en hulself gerig op die landingsgedrag van kraanvlieg. Dit versnel van 'n drywende vlug, rem dan na die landingdoel en stel 'n lae impak op. Die steeds bestaande impakenergie word dan deur die meganiese landingsgebied aangeteken.
Alternatiewe landingstegnieke vir mikro -robots
'N Ander landingstegnologie wat deur insekte geïnspireer is, is ontwikkel deur navorsers aan die Harvard Universiteit vir vorige weergawes van die Robobee. Terwyl regte insekte dikwels 'n soort kleefmiddel gebruik om aan vertikale oppervlaktes te hou, het die navorsers op elektrostatiese aantrekkingskrag staatgemaak om die robot aan 'n pad te heg. Hierdie benadering benodig slegs 'n klein hoeveelheid energie om die ligte robot reg te stel.
Nog 'n merkwaardige ontwikkeling kom van die Nanjing University of Aeronautics & Astronautics (NUAA), waar navorsers 'n insekrobot ontwikkel het wat vlug- en klimvaardighede kombineer. Hierdie robot kan teen 'n vertikale muur beland, daarmee klim en weer opstyg - 'n vaardigheid wat hy op verskillende materiale soos glas, hout, marmer en selfs boombas kon demonstreer.
Biomimetiese benaderings buite landingstegnologie
Die natuur inspireer robotika nie net in die ontwikkeling van landingstegnieke nie, maar ook in talle aspekte van mikrorobotika. Van bewegingmeganismes tot aanhoudingstelsels om konsepte aan te dryf - die natuur bied 'n ryk reservoir van oplossings.
Gevorderde bewegingstelsels
'N Navorsingspan van Harvard University het 'n mikro -insekrobot met die naam' Little Fury 'ontwikkel met 'n kunsmatige' haan 'wat geïnspireer is deur springhane. Hierdie robot kan indrukwekkende 1,4 meter spring, wat ooreenstem met 23 keer sy liggaamslengte. Die springmeganisme is gebaseer op die "furcula" van die springhane wat soos 'n gespanne lente werk.
By die Tu Ilmenau het navorsers in die biomechatronics-afdeling 'n klein robot-ruspe gebou, wat toegerus is met die sogenaamde "Gecko-Tape". Hierdie materiaal is geïnspireer deur die kleefmeganismes van gekko's, spinnekoppe en kewers, wat op vertikale oppervlaktes en selfs op die plafon sonder kleefvloeistowwe kan loop.
Outonome navigasie en swerm gedrag
'N Ander belangrike gebied van biomimetiese robotika is outonome navigasie. Wetenskaplikes van die Sweedse Universiteit van Lund het 'n konsep ontwikkel vir 'n nuwe drone -oriëntasiestelsel gebaseer op die alternatiewe gedrag van insekte. Die waarnemings het getoon dat bye gebaseer is op die ligintensiteit in navigasie om hindernisse te vermy.
Navorsers in Hongarye het weer die swermgedrag van insekte na drones oorgedra. Met behulp van 'n nuut ontwikkelde algoritme kan tot nege individuele vliegtuie in vorming vlieg en dus ook in verwarrende omgewings soos stede navigeer.
Geskik vir:
Aansoekpotensiaal en toekomstige vooruitsigte
Die mikro -robot wat deur insekte geïnspireer is, belowe 'n verskeidenheid toepassings in verskillende gebiede.
Landbou en omgewingsmonitering
Een van die mees fassinerende potensiële toepassings is kunsmatige bestuiwing. In die lig van die wêreldwye agteruitgang van bypopulasies, kan swerms van Robobees eendag die bestuiwing van plante help. Daarbenewens kan hierdie mikro -robotte in omgewingsmonitering gebruik word om data te versamel oor omgewingstoestande wat ontoeganklik is vir groter drones.
Verkenning en ramphulp
Danksy hul klein grootte, kan insek -geïnspireerde Micror -robotte gebruik word wanneer hulle smal kamers, ineengestorte geboue of ander komplekse omgewings verken. In rampgebiede kan u waardevolle inligting verskaf sonder om mense in gevaar te stel.
Mediese toepassings
Op lang termyn kon miniatuur robotte selfs in die mediese veld gebruik word. Swerms klein robotte kan moontlik diagnoses uitvoer of selfs behandelings in die menslike liggaam maak.
Huidige grense en toekomstige ontwikkelings
Ondanks die indrukwekkende vordering, is die insek -geïnspireerde Micror -robotte steeds groot uitdagings. Byvoorbeeld, die Robobee is steeds deur kabel aan eksterne beheerstelsels gekoppel, wat die mobiliteit beperk. Die navorsers werk aan miniatuur -sensors, beheer en energievoorsiening om dit direk in die vlugrobot te kan installeer.
Die miniatuur van hierdie komponente word beskou as die 'drievoudige heilige graal' van mikrorobotika en verteenwoordig enorme tegniese uitdagings. Nietemin is die visie van die navorsers duidelik: heeltemal outonome swerms van mikro -robotte wat in verskillende omgewings ingewikkelde take kan verrig.
Natuur as ingenieur: vooruitgang in mikrorobotika
Biomimetika het die ontwikkeling van mikrorobotika 'n omwenteling gemaak deur ingenieurs in staat te stel om voordeel te trek uit miljoene jare van evolusionêre optimalisering. Die onlangse vordering in insek -geïnspireerde landingstegnieke vir mikro -robotte soos die Robobe toon die potensiaal van hierdie benadering indrukwekkend.
As gevolg van die nabootsing van natuurlike stelsels, ontwikkel navorsers nie net doeltreffender en meer robuuste robotte nie, maar kry dit ook waardevolle insigte in die biologiese meganismes self. Soos Alyssa Hernandez, postdokter en mede-outeur van die Robobee-studie, verduidelik: "Ons kan hierdie robotplatforms gebruik vir biologiese navorsing en studies, die biomeganiese hipotesetoets."
Die toekoms van biomimetiese robotika beloof verdere fassinerende ontwikkelings, terwyl navorsers voortgaan om die onuitputlike bron van inspirasie te benut om die tegniese uitdagings van ons tyd te bemeester. Die weg van die waarneming van natuurlike verskynsels na die tegniese implementering daarvan is nie altyd maklik nie, maar soos die suksesverhaal van die Robobee toon, kan dit lei tot baanbrekende innovasies wat die potensiaal het om 'n rewolusie in ons lewens te maak.
Geskik vir:
Jou globale bemarkings- en besigheidsontwikkelingsvennoot
☑️ Ons besigheidstaal is Engels of Duits
☑️ NUUT: Korrespondensie in jou landstaal!
Konrad Wolfenstein
Ek sal graag jou en my span as 'n persoonlike adviseur dien.
Jy kan my kontak deur die kontakvorm hier in te vul of bel my eenvoudig by +49 89 89 674 804 (München) . My e-posadres is: wolfenstein ∂ xpert.digital
Ek sien uit na ons gesamentlike projek.
