Avaldatud: 20. aprillil 2025 / UPDATE FROM: 20. aprill 2025 - autor: Konrad Wolfenstein
Biomimeetika mikrobotilises robobe ja co -ga: kuidas putukate maandumistehnikad juhivad robootikat - loominguline pilt: xpert.digital
Looduse põhjal arvutatud: kuidas biomimeetika nihutab robootika piire
Pisikesed abilised: putukarobotid vallutavad põllumajanduse, ravimid ja palju muud
Loodus on miljonite aastate jooksul välja töötanud tähelepanuväärsed lahendused keerukate väljakutsete jaoks. Just see looduslike süsteemide tõhusus ja elegants inspireerib teadlasi üha enam arenenud robotitehnoloogiate arendamisel. Putukatest inspireeritud biomimeetika on viinud muljetavaldava läbimurdeni, eriti mikrorobotics valdkonnas. Ennekõike näitavad hiljutised edusammud mikro -robotide maandumistehnikates, mis on inspireeritud sellistest putukatest nagu suupisted ja mesilased, muljetavaldavalt, kuidas loodus võib olla innovaatiliste tehniliste lahenduste kavand.
Biomimeetika põhitõed robootika osas
Biomimeetika, tuntud ka kui Bionik, kirjeldab mehhanismide ja meetodite süstemaatilist edastamist loodusest tehnoloogiani. See interdistsiplinaarne lähenemisviis on muutumas üha enam sellistes valdkondades nagu materiaaliteadused, robootika, taastuvenergia, meditsiin ja infotehnoloogia. Looduse ühele kopeerimise asemel on teadlased seotud põhiprintsiipide mõistmisega ja nende tehniliste rakenduste kohandamisega.
Insenerid on alati loodusest inspireerinud, selgitab Ilmenau biomehatroonika osakonna juhataja Hartmut Witte. Bionics on meetod mitte ainult selle seose edendamiseks ja süstematiseerimiseks, vaid ka tehnilise toote arendamise aluse laiendamiseks. Evolution on tootnud organisme, mis on nende keskkonnaga ideaalselt kohanenud, ja just need kohandused pakuvad väärtuslikke eeskuju tehnoloogia uuenduste jaoks.
Bioloogiliste põhimõtete tehnoloogiale ülekandmisel saab selgeks, et tõelised bioonilised ei ole väliste omaduste järgi äratuntavad, selgitab Witte. See ei puuduta mitte ainult välise vormi jäljendamist, vaid funktsionaalsete põhimõtete kohandamist, mis olid välja töötatud looduses täiuslikuks.
Sobib selleks:
Putukate inspireeritud mikrorobotid: tehnilised imed miniatuurses vormingus
Oma suuruse, tõhususe ja hämmastavate oskuste tõttu on putukad saadaval ideaalsete eeskujudena mikrorobotite arendamiseks. Tema kõrgelt arenenud lennuomadused, liikumismehhanismid ja kohanemisoskused on inspireerinud teadlasi kogu maailmas neid bioloogilisi süsteeme tehniliselt reprodutseerima.
Robobee: Harvardi lendav mikrorobot
Üks putukate inspireeritud robootika parimatest näidetest on Harvardi ülikooli robobee. See pisike lendav robot kaalub vaid kümnenda grammi ja sellel on vaid 3 sentimeetrit tiibu. Robobee koosneb kolmest põhikomponendist: süsinikkiust valmistatud keha, vahvli tiivad ja "aju", mis koosneb paljudest intelligentsetest anduritest.
Tiivad toidavad piesoelektrilised ajamid - omamoodi kunstlikud lihased, mis muudavad elektrienergia liikumiseks. See tehnoloogia võimaldab mikrorobotil lennata, hõljuda ja keerulisi manöövreid, näiteks tõeline mesilane läbi viia.
Rohkem näiteid putukate inspireeritud mikrorobotitest
Berkeley California ülikoolis on insenerid välja töötanud veelgi väiksema putukate inspireeritud lennurobot. Läbimõõduga alla 1 cm ja raskusega ainult 21 mg, on see väikseim traadita robot maailmas, mis suudab kontrollitud viisil lennata. Erinevalt Robobee'ist kasutab see robot draivina ja juhtimisena väliseid magnetvälju.
Georgia tehnoloogiainstituudi Bioniku teadlased on omakorda välja töötanud mikro-robotid, mis jäljendavad sipelgate käitumist. Need pisikesed robotid on vaid 1,8 millimeetrit laiused, 0,8 millimeetrit paksused ja kaaluvad umbes 5 milligrammi. Teadlaste visioon: nende elektrooniliste putukate sülemid võiksid põllumajanduses asuvate taimede tolmeldamise üle võtta.
Ohutu maandumise väljakutse
Üks suurimaid väljakutseid mikrorobotite jaoks on ohutu maandumine. Väikese suuruse ja kerge raskuse tõttu on nad eriti vastuvõtlikud õhu levikule ja ebastabiilsusele, eriti maapinna lähedal.
Robobebee maandumisprobleem
"Siiani oleme sõiduki maandumisel maapinnast välja lülitanud ja palvetanud, et see lõppeks ja maandub ohutult," selgitab Harvardi uurimisrühma doktorant Christian Chan. See kontrollimatu maandumine oli märkimisväärne oht roboti tundlike piesoelektriliste ajamite ja filigraatide tiibade tekkeks, mida mõjul võib kergesti kahjustada.
Probleemi süvendasid nii nimega nii nimetatud nii nimega mullaefekti -õhu nihe, mille käivitavad peksmistiibad ja põhjustavad maandumisel ebastabiilsust. Need aerodünaamilised väljakutsed muudavad pisikeste lennurobotite eriti keeruliseks kontrollitud viisil.
Schnakenist inspireeritud maalahendus
Selle probleemi lahendamiseks vaatasid Harvardi ülikooli teadlased Crane Fly (Schnake) - putukat, mille robobe oli sarnased. Kraanakärbes suudab tänu nende pikkadele paindlikele jalgadele, mis võivad maandumisi aurutada, erinevatel substraatidel läbi viia elegantsed maandumised.
Sellest loomulikust mudelist inspireerituna töötas meeskond välja robobee uue maandumishalli: neli pikka, paindlikku jalga, sarnaselt kraanakärbes. Need jalad on piisavalt pikad ja paindlikud, tagamaks, et maapind on maapinnast ohutu, enne kui roboti põhiosa mõjutab problemaatiline õhuturbulents.
Lisaks mehaanilistele parandustele kohandasid teadlased ka roboti lennujuhtimist, orienteerudes kraana lendamise maandumiskäitumisele. Need kiirendavad ujuvast lennust, pidurdavad seejärel maandumise eesmärgi poole ja seavad madala löögi kiirusega. Seejärel registreerib mehaaniline maandumisala veel olemasoleva löögienergia.
Alternatiivsed maandumistehnikad mikro -robotide jaoks
Veel ühe putukatest inspireeritud maandumistehnoloogia töötasid välja Harvardi ülikooli teadlased Robobee varasemate versioonide jaoks. Kuigi tõelised putukad kasutavad vertikaalsetele pindadele kleepumiseks sageli omamoodi liimi, tuginesid teadlased roboti kinnitamiseks padjale elektrostaatilisele atraktsioonile. See lähenemisviis nõuab valguse roboti kinnitamiseks ainult väikest kogust energiat.
Veel üks tähelepanuväärne areng on pärit Nanjingi aeronautika ja astronautikaülikooli (NUAA), kus teadlased on välja töötanud putukaroboti, mis ühendab lennu- ja ronimisoskusi. See robot võib maanduda vertikaalsele seinale, ronida mööda ja võtaks uuesti starti - oskus, mida ta suutis näidata erinevaid materjale, nagu klaas, puit, marmor ja isegi puu koor.
Biomimeetilised lähenemisviisid väljaspool maandumistehnoloogiat
Nature inspireerib robootikat mitte ainult maandumistehnikate arendamisel, vaid ka mikrobotiliste ainete arvukates aspektides. Alates liikumismehhanismidest kuni kinnipidamissüsteemideni kuni mõistete juhtimiseni - loodus pakub rikkalikku lahenduste reservuaari.
Täiustatud liikumissüsteemid
Harvardi ülikooli uurimisrühm on välja töötanud mikroputukate roboti nimega “Little Fury” koos kunstliku kukega, mis on inspireeritud hüppavatest kukedest. See robot võib hüpata muljetavaldavalt 1,4 meetrit, mis vastab 23 -kordsele selle keha pikkusele. Hüppamismehhanism põhineb hüppeklappide "furculal", mis toimivad nagu pingeline vedru.
Tu Ilmenau juures on biomehatroonika osakonna teadlased ehitanud väikese roboti rööviku, mis on varustatud nn geko-tapega. See materjal oli inspireeritud gekode, ämblike ja mardikate kleepuvatest mehhanismidest, mis võivad töötada vertikaalsetel pindadel ja isegi laes ilma liimivedeliketa.
Autonoomne navigeerimine ja sülemikäitumine
Teine oluline biomimeetilise robootika valdkond on autonoomne navigeerimine. Lundi Rootsi ülikooli teadlased on välja töötanud uue droonide orientatsioonisüsteemi kontseptsiooni, mis põhineb putukate alternatiivsel käitumisel. Vaatlused on näidanud, et mesilased põhinevad takistuste vältimiseks navigeerimise valguse intensiivsusel.
Ungari teadlased on putukate sülemkäitumise droonidele taas üle andnud. Äsja välja töötatud algoritmi abil saab kuni üheksa üksiku lennukit moodustumisel lennata ja seega navigeerida ka segases keskkonnas, näiteks linnades.
Sobib selleks:
Rakenduse potentsiaal ja tulevikuväljavaated
Putukatest inspireeritud mikro -robotid lubavad erinevates valdkondades mitmesuguseid rakendusi.
Põllumajandus ja keskkonnaseire
Üks põnevamaid potentsiaalseid rakendusi on kunstlik tolmeldamine. Bee populatsioonide ülemaailmset langust silmas pidades võivad robobeede sülemid ühel päeval aidata taimede tolmeldamist. Lisaks võiks neid mikroroboteid kasutada keskkonnaseireks, et koguda andmeid keskkonnatingimuste kohta, mis on suurematele droonidele ligipääsmatud.
Uurimine ja katastroofiabi
Tänu nende väiksusele võiks kitsaste tubade, kokkuvarisenud hoonete või muude keerukate keskkondade uurimisel kasutada putukate inspireeritud mikroroboteid. Katastroofipiirkondades võiksite anda väärtuslikku teavet ilma inimesi ohtu seamata.
Meditsiinilised rakendused
Pikas perspektiivis võis miniaturiseeritud roboteid kasutada isegi meditsiinivaldkonnas. Pisikeste robotite sülemid võiksid diagnoose läbi viia või isegi inimkehas ravi teha.
Praegused piirid ja edasised arengud
Vaatamata muljetavaldavatele edusammudele seisavad putukate inspireeritud mikrorobotid silmitsi märkimisväärsete väljakutsetega. Näiteks on robobee endiselt ühendatud väliste juhtimissüsteemidega kaabli abil, mis piirab selle liikuvust. Teadlased töötavad miniaturiseerimise andurite, juhtimis- ja energiavarustuse kallal, et neid saaks otse lennurobotisse paigaldada.
Nende komponentide miniaturiseerimist peetakse mikrobotiliste ainete "kolmekordseks pühaks graaliks" ja see kujutab endast tohutuid tehnilisi väljakutseid. Sellegipoolest on teadlaste nägemus selge: mikrorobotite täiesti autonoomsed sülemid, mis suudavad erinevates keskkondades keerulisi ülesandeid täita.
Loodus kui insener: areng mikrorobotilises
Biomimeetika on teinud revolutsiooniliselt mikrorobotiliste ainete arendamise, võimaldades inseneridel saada kasu miljonite aastatepikkuse evolutsioonilise optimeerimisega. Putukate inspireeritud maandumistehnikate hiljutised edusammud selliste mikro -robotide, näiteks robobe jaoks näitavad muljetavaldavalt selle lähenemisviisi potentsiaali.
Loodussüsteemide jäljendamise tõttu ei arenda teadlased mitte ainult tõhusamaid ja kindlamaid roboteid, vaid saavad ka väärtuslikku teavet bioloogiliste mehhanismide kohta. Nagu Robobee uuringu järeldoktor ja kaasautor Alyssa Hernandez, selgitab: "Me võime neid robotplatvorme kasutada bioloogiliste uuringute ja uuringute jaoks, biomehaaniliste hüpoteeside test."
Biomimeetilise robootika tulevik lubab veelgi põnevat arengut, teadlased aga jätkavad ammendamatut inspiratsiooniallikat, et omandada meie aja tehnilised väljakutsed. Tee loodusnähtuste vaatlusest kuni selle tehnilise rakendamiseni pole alati lihtne, kuid nagu näitab robobee edulugu, võib see viia murranguliste uuendusteni, mis võivad muuta meie elu arvukaid valdkondi.
Sobib selleks:
Teie ülemaailmne turundus- ja äriarenduspartner
☑️ Meie ärikeel on inglise või sakslane
☑️ Uus: kirjavahetus teie riigikeeles!
Konrad Wolfenstein
Mul on hea meel, et olete teile ja minu meeskonnale isikliku konsultandina kättesaadav.
Võite minuga ühendust võtta, täites siin kontaktvormi või helistage mulle lihtsalt telefonil +49 89 674 804 (München) . Minu e -posti aadress on: Wolfenstein ∂ xpert.digital
Ootan meie ühist projekti.
