Publicado el 20 de abril de 2025 / Actualización del: 20 de abril de 2025 - Autor: Konrad Wolfenstein
Biomimética en microrobotics con Robobe and Co.: Cómo las técnicas de aterrizaje de los insectos impulsan la robótica - Imagen creativa: xpert.digital
Calculado a partir de la naturaleza: cómo los biomiméticos cambian los límites de la robótica
Pequeños ayudantes: los robots de insectos conquistan la agricultura, la medicina y más
La naturaleza ha desarrollado soluciones notables para desafíos complejos durante millones de años. Es precisamente esta eficiencia y elegancia de los sistemas naturales lo que inspira cada vez más a los científicos en el desarrollo de tecnologías de robots avanzadas. Los biomiméticos inspirados en los insectos han llevado a avances impresionantes, particularmente en el área de Microrobotics. Sobre todo, el reciente progreso en las técnicas de aterrizaje para micro -robots, que están inspirados en insectos como bocadillos y abejas, demuestran de manera impresionante cómo la naturaleza puede servir como un plan para soluciones técnicas innovadoras.
Conceptos básicos de biomimética en robótica
Los biomiméticos, también conocido como Bionik, describe la transmisión sistemática de mecanismos y métodos desde la naturaleza hasta la tecnología. Este enfoque interdisciplinario se está volviendo cada vez más en áreas como ciencias materiales, robótica, energía renovable, medicina y tecnología de la información. En lugar de copiar la naturaleza uno a uno, los científicos están preocupados por comprender los principios subyacentes y adaptarlos para aplicaciones técnicas.
Los ingenieros siempre han sido inspirados por la naturaleza, explica Hartmut Witte, jefe del Departamento de Biomecatronia en Ilmenau. Bionics sirve como un método no solo para promover y sistematizar esta asociación, sino también para expandir la base para los desarrollos técnicos de productos. La evolución ha producido organismos que se han adaptado perfectamente a su entorno, y son precisamente estos ajustes los que proporcionan modelos valiosos para innovaciones en tecnología.
Al transferir los principios biológicos a la tecnología, queda claro que los verdaderos biónicos no son reconocibles por las características externas, explica Witte. No se trata de la mera imitación de la forma externa, sino de la adaptación de los principios funcionales que se convirtieron en la perfección en la naturaleza.
Adecuado para:
Robots de micror inspirados en insectos: milagros técnicos en formato en miniatura
Debido a su tamaño, eficiencia y habilidades sorprendentes, los insectos están disponibles como modelos ideales para el desarrollo de micro robots. Sus características de vuelo altamente desarrolladas, mecanismos de locomoción y habilidades de adaptación han inspirado a los investigadores de todo el mundo a reproducir técnicamente estos sistemas biológicos.
Robobee: Harvard's Flying Micro Robot
Uno de los ejemplos más conocidos de robótica inspirada en insectos es el robobee en la Universidad de Harvard. Este pequeño robot volador pesa solo un décimo gramo y tiene una envergadura de solo 3 centímetros. El Robobee consta de tres componentes principales: el cuerpo hecho de fibra de carbono, las alas delgadas de la oblea y el "cerebro", que consiste en una serie de sensores inteligentes.
Las alas funcionan con actuadores piezoeléctricos, una especie de músculos artificiales que convierten la energía eléctrica en movimiento. Esta tecnología permite al micro robot volar, flotar y llevar a cabo maniobras complejas, como una abeja real.
Más ejemplos de micro robots insectos inspirados
En la Universidad de California, Berkeley, los ingenieros han desarrollado un robot de vuelo inspirado en insectos aún más pequeño. Con un diámetro de menos de 1 cm y un peso de solo 21 mg, es el robot inalámbrico más pequeño del mundo que puede volar de manera controlada. Sin embargo, a diferencia del robobee, este robot utiliza campos magnéticos externos como un disco y control.
Los investigadores de Bionik en el Instituto de Tecnología de Georgia han desarrollado a su vez micro-robots que imitan el comportamiento de las hormigas. Estos pequeños robots tienen solo 1.8 milímetros de ancho, 0.8 milímetros de espesor y pesan aproximadamente 5 miligramos. La visión de los investigadores: los enjambres de estos insectos electrónicos podrían hacerse cargo de la polinización de las plantas en la agricultura.
El desafío del aterrizaje seguro
Uno de los mayores desafíos para volar micro robots es un aterrizaje seguro. Debido a su pequeño tamaño y peso liviano, son particularmente susceptibles a los agasamientos e inestabilidades de aire, especialmente cerca del suelo.
El problema de aterrizaje del robobeBee
"Hasta ahora hemos apagado el vehículo sobre el suelo en un aterrizaje, simplemente lo dejó caer y rezamos para que termine y aterrice de manera segura", explica Christian Chan, un estudiante de doctorado en el equipo de investigación de Harvard. Este aterrizaje incontrolado fue un riesgo considerable para los sensibles actuadores piezoeléctricos y las alas de filigrana del robot, que fácilmente podrían dañarse por un impacto.
El problema se vio exacerbado por el efecto de suelo llamado SO de SO, el desplazamiento del aire que se desencadena por las alas de latidos y conduce a la inestabilidad al aterrizar. Estos desafíos aerodinámicos hacen que sea particularmente difícil para los pequeños robots de vuelo terminar de manera controlada.
Solución terrestre inspirada en Schnaken
Para resolver este problema, los científicos de la Universidad de Harvard analizaron Crane Fly (Schnake), un insecto con dimensiones similares que el Robobe. La mosca de la grúa puede llevar a cabo aterrizajes elegantes en varios sustratos, gracias a sus largas y flexibles piernas que pueden vaporizar los aterrizajes.
Inspirado en este modelo natural, el equipo desarrolló un nuevo desembarco de Robobee: cuatro piernas largas y flexibles, similares a las de la grúa. Estas patas son lo suficientemente flexibles como para garantizar que el suelo esté a salvo del suelo antes de que el cuerpo principal del robot se vea afectado por la turbulencia problemática del aire.
Además de las mejoras mecánicas, los científicos también adaptaron el control de vuelo del robot, orientándose al comportamiento de aterrizaje del vuelo de la grúa. Estos aceleran desde un vuelo flotante, luego frenan hacia el gol de aterrizaje y se establecen con una baja velocidad de impacto. La energía de impacto aún existente es registrada por el área de aterrizaje mecánico.
Técnicas de aterrizaje alternativas para micro -robots
Investigadores de la Universidad de Harvard desarrolló otra tecnología de aterrizaje inspirada en Insects para las versiones anteriores del Robobee. Si bien los insectos reales a menudo usan un tipo de adhesivo para adherirse a las superficies verticales, los investigadores se basaron en la atracción electrostática para unir el robot a una almohadilla. Este enfoque solo requiere una pequeña cantidad de energía para fijar el robot de luz.
Otro desarrollo notable proviene de la Universidad de Aeronáutica y Astronautia de Nanjing (NUAA), donde los investigadores han desarrollado un robot de insectos que combina habilidades de vuelo y escalada. Este robot puede aterrizar en una pared vertical, escalarlo y despegar nuevamente, una habilidad que pudo demostrar en diferentes materiales como vidrio, madera, mármol e incluso corteza de árboles.
Enfoques biomiméticos más allá de la tecnología de aterrizaje
La naturaleza inspira la robótica no solo en el desarrollo de técnicas de aterrizaje, sino en numerosos aspectos de la microrobótica. Desde mecanismos de locomoción hasta sistemas de detención para impulsar conceptos: la naturaleza ofrece un rico depósito de soluciones.
Sistemas de movimiento avanzado
Un equipo de investigación de la Universidad de Harvard ha desarrollado un robot de micro insectos llamado "Little Fury" con una "polla" artificial inspirada en pollas saltando. Este robot puede saltar impresionantes 1.4 metros, lo que corresponde a 23 veces la longitud de su cuerpo. El mecanismo de salto se basa en la "furcula" de las pollas de salto que funcionan como una primavera tensa.
En el TU Ilmenau, los investigadores del departamento de biomecatronia han construido una pequeña oruga robot, que está equipada con la llamada "gecko-tape". Este material se inspiró en los mecanismos adhesivos de geckos, arañas y escarabajos, que pueden funcionar en superficies verticales e incluso en el techo sin líquidos adhesivos.
Navegación autónoma y comportamiento de enjambre
Otra área importante de robótica biomimética es la navegación autónoma. Los científicos de la Universidad Suecia de Lund han desarrollado un concepto para un nuevo sistema de orientación de drones basado en el comportamiento alternativo de los insectos. Las observaciones han demostrado que las abejas se basan en la intensidad de la luz en la navegación para evitar obstáculos.
Los investigadores en Hungría han transferido nuevamente el comportamiento del enjambre de los insectos a los drones. Con la ayuda de un algoritmo recientemente desarrollado, hasta nueve aviones individuales pueden volar en formación y, por lo tanto, también navegar en entornos confusos como las ciudades.
Adecuado para:
Potencial de aplicación y perspectivas futuras
Los micro -robots inspirados en los insectos prometen una variedad de aplicaciones en diferentes áreas.
Monitoreo agrícola y ambiental
Una de las aplicaciones potenciales más fascinantes es la polinización artificial. En vista del declive global de las poblaciones de abejas, los enjambres de Robobees podrían algún día ayudar a la polinización de las plantas. Además, estos micro robots podrían usarse en el monitoreo ambiental para recopilar datos sobre condiciones ambientales que son inaccesibles para drones más grandes.
Exploración y socorro en desastres
Gracias a su pequeño tamaño, se pueden usar robots de micror inspirados en insectos al explorar habitaciones estrechas, edificios colapsados u otros entornos complejos. En áreas de desastre, puede proporcionar información valiosa sin poner a las personas en peligro.
Aplicaciones médicas
A largo plazo, los robots miniaturizados podrían incluso usarse en el campo de la medicina. Los enjambres de pequeños robots podrían llevar a cabo diagnósticos o incluso hacer tratamientos en el cuerpo humano.
Límites actuales y desarrollos futuros
A pesar del impresionante progreso, los robots de micror inspirados en insectos todavía enfrentan desafíos considerables. Por ejemplo, el robobee todavía está conectado a sistemas de control externos por cable, lo que limita su movilidad. Los investigadores están trabajando en sensores de miniaturización, control y suministro de energía para poder instalarlos directamente en el robot de vuelo.
La miniaturización de estos componentes se considera el "triple grial sagrado" de la microrobótica y representa enormes desafíos técnicos. Sin embargo, la visión de los investigadores es clara: enjambres completamente autónomos de micro robots que pueden realizar tareas complejas en diversos entornos.
Naturaleza como ingeniero: progreso en microrobotics
Los biomiméticos han revolucionado el desarrollo de microrobóticos al permitir que los ingenieros se beneficien de millones de años de optimización evolutiva. El progreso reciente en las técnicas de aterrizaje inspiradas en insectos para micro -robots, como el robobe, demuestra impresionantemente el potencial de este enfoque.
Debido a la imitación de los sistemas naturales, los investigadores no solo desarrollan robots más eficientes y más robustos, sino que también obtienen ideas valiosas sobre los mecanismos biológicos. Al igual que Alyssa Hernández, postdoctor y coautora del estudio de Robobee, explica: "Podemos usar estas plataformas de robots para investigaciones y estudios biológicos, la prueba de hipótesis biomecánicas".
El futuro de la robótica biomimética promete aún más desarrollos fascinantes, mientras que los investigadores continúan aprovechando la fuente inagotable de inspiración para dominar los desafíos técnicos de nuestro tiempo. El camino desde la observación de los fenómenos naturales hasta su implementación técnica no siempre es fácil, pero como muestra la historia de éxito de Robobee, puede conducir a innovaciones innovadoras que tienen el potencial de revolucionar numerosas áreas de nuestras vidas.
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