Publié le: 20 avril 2025 / mise à jour du: 20 avril 2025 - Auteur: Konrad Wolfenstein
Biomimétique en microrobotiques avec Robobe et Co.
Calculé à partir de la nature: comment les biomimétiques déplacent les limites de la robotique
De minuscules aides: les robots d'insectes conquérir l'agriculture, la médecine et plus
La nature a développé des solutions remarquables pour des défis complexes au cours des millions d'années. C'est précisément cette efficacité et cette élégance des systèmes naturels qui inspirent de plus en plus les scientifiques dans le développement de technologies de robot avancées. Les biomimétiques inspirées des insectes ont conduit à des percées impressionnantes, en particulier dans le domaine des microrobotiques. Surtout, les progrès récents dans les techniques d'atterrissage pour les micro-Robots, qui sont inspirés par des insectes tels que les collations et les abeilles, démontrent de manière impressionnante comment la nature peut servir de plan pour des solutions techniques innovantes.
Bases des biomimétiques en robotique
La biomimétique, également connue sous le nom de Bionik, décrit la transmission systématique des mécanismes et des méthodes de la nature à la technologie. Cette approche interdisciplinaire devient de plus en plus observée dans des domaines tels que les sciences des matériaux, la robotique, les énergies renouvelables, les médicaments et les technologies de l'information. Au lieu de copier la nature un à un, les scientifiques sont soucieux de comprendre les principes sous-jacents et de les adapter aux applications techniques.
Les ingénieurs ont toujours été inspirés par la nature, explique Hartmut Witte, chef du département de biomechatronique à Ilmenau. Bionics sert de méthode non seulement pour promouvoir et systématiser cette association, mais aussi pour étendre la base des développements techniques de produits. L'évolution a produit des organismes qui se sont parfaitement adaptés à leur environnement, et ce sont précisément ces ajustements qui fournissent des modèles de rôle précieux pour les innovations dans la technologie.
Lors du transfert de principes biologiques vers la technologie, il devient clair que la vraie bionique n'est pas reconnaissable par les caractéristiques externes, explique Witte. Il ne s'agit pas de la simple imitation de la forme externe, mais de l'adaptation des principes fonctionnels qui ont été développés en perfection dans la nature.
Convient à:
Robots de micror inspirés des insectes: miracles techniques au format miniature
En raison de leur taille, de leur efficacité et de leurs compétences incroyables, les insectes sont disponibles comme modèles idéaux pour le développement de micro-robots. Ses caractéristiques de vol très développées, ses mécanismes de locomotion et ses compétences d'adaptation ont inspiré les chercheurs du monde entier à reproduire techniquement ces systèmes biologiques.
Robobee: le micro-robot volant de Harvard
L'un des meilleurs exemples connus de robotique inspirée des insectes est le Robobee de l'Université Harvard. Ce minuscule robot volant ne pèse qu'un dixième gramme et a une envergure de seulement 3 centimètres. Le Robobee se compose de trois composants principaux: le corps en fibre de carbone, les ailes à la plaquette et le "cerveau", qui se compose d'un certain nombre de capteurs intelligents.
Les ailes sont alimentées par des actionneurs piézoélectriques - une sorte de muscles artificiels qui transforment l'énergie électrique en mouvement. Cette technologie permet au micro-robot de voler, de flotter et d'effectuer des manœuvres complexes, comme une vraie abeille.
Plus d'exemples de micro-robots inspirés des insectes
À l'Université de Californie de Berkeley, les ingénieurs ont développé un robot de vol encore plus petit inspiré des insectes. Avec un diamètre de moins de 1 cm et un poids de seulement 21 mg, c'est le plus petit robot sans fil au monde qui peut voler de manière contrôlée. Contrairement au Robobee, cependant, ce robot utilise des champs magnétiques externes comme lecteur et le contrôle.
Les chercheurs de Bionik de l'Institut de technologie de Georgia ont à leur tour développé des micro-robots qui imitent le comportement des fourmis. Ces minuscules robots n'ont que 1,8 millimètre de large, 0,8 millimètre d'épaisseur et pèsent environ 5 milligrammes. La vision des chercheurs: les essaims de ces insectes électroniques pourraient reprendre la pollinisation des plantes dans l'agriculture.
Le défi de l'atterrissage en toute sécurité
L'un des plus grands défis pour les micro-robots volants est un atterrissage sûr. En raison de leur petite taille et de leur poids léger, ils sont particulièrement sensibles aux fléautes et aux instabilités d'air, surtout près du sol.
Le problème d'atterrissage du Robobebee
"Jusqu'à présent, nous avons éteint le véhicule sur le sol dans un atterrissage, nous l'avons laissé tomber et prié pour que cela se termine et atterrit en toute sécurité", explique Christian Chan, un doctorant de l'équipe de recherche de Harvard. Cet atterrissage incontrôlé était un risque considérable pour les actionneurs piézoélectriques sensibles et les ailes en filigrane du robot, qui pourraient facilement être endommagées par un impact.
Le problème a été exacerbé par le déplacement SO-So-So So-appelé le déplacement de l'air qui est déclenché par les ailes battant et entraîne une instabilité lors de l'atterrissage. Ces défis aérodynamiques rendent particulièrement difficile pour les minuscules robots de vol de se retrouver de manière contrôlée.
Solution terrestre inspirée par Schnaken
Pour résoudre ce problème, les scientifiques de l'Université de Harvard ont regardé la Crane Fly (Schnake), un insecte avec des dimensions similaires que le Robobe. La mouche de la grue est capable d'effectuer des atterrissages élégants sur divers substrats, grâce à leurs longues jambes flexibles qui peuvent vaporiser des atterrissages.
Inspiré par ce modèle naturel, l'équipe a développé un nouveau stell d'atterrissage pour le Robobee: quatre longues jambes flexibles, similaires à celles de la mouche de la grue. Ces jambes sont suffisamment longues et flexibles pour s'assurer que le sol est à l'abri du sol avant que le corps principal du robot ne soit affecté par la turbulence d'air problématique.
En plus des améliorations mécaniques, les scientifiques ont également adapté le contrôle du vol du robot, s'oriente vers le comportement d'atterrissage du vol de la grue. Ceux-ci accélèrent à partir d'un vol flottant, puis freinent vers l'objectif d'atterrissage et se sont installés avec une faible vitesse d'impact. L'énergie d'impact toujours existante est ensuite enregistrée par la zone d'atterrissage mécanique.
Techniques d'atterrissage alternatives pour les micro-robots
Une autre technologie d'atterrissage inspirée des insectes a été développée par des chercheurs de l'Université Harvard pour les versions précédentes du Robobee. Alors que les insectes réels utilisent souvent une sorte d'adhésif pour adhérer aux surfaces verticales, les chercheurs se sont appuyés sur l'attraction électrostatique afin de fixer le robot à un pad. Cette approche ne nécessite qu'une petite quantité d'énergie pour réparer le robot léger.
Un autre développement remarquable vient de l'Université Nanjing d'aéronautique et d'astronautique (NUAA), où les chercheurs ont développé un robot d'insectes qui combine les compétences en vol et en escalade. Ce robot peut atterrir sur un mur vertical, grimper le long et décoller - une compétence qu'il a pu démontrer sur différents matériaux tels que le verre, le bois, le marbre et même l'écorce d'arbre.
Approches biomimétiques au-delà de la technologie d'atterrissage
La nature inspire la robotique non seulement dans le développement des techniques d'atterrissage, mais dans de nombreux aspects des microrobotiques. Des mécanismes de locomotion aux systèmes de détention en passant par le concept - la nature offre un riche réservoir de solutions.
Systèmes de mouvement avancés
Une équipe de recherche de l'Université de Harvard a développé un micro-insecte robot appelé «Little Fury» avec une «bite» artificielle inspirée par des bites sautées. Ce robot peut sauter impressionnant de 1,4 mètre, ce qui correspond à 23 fois sa longueur de corps. Le mécanisme de saut est basé sur le "furcula" des bites de saut qui fonctionnent comme un printemps tendu.
Au TU Ilmenau, les chercheurs du département de la biomechatronique ont construit une petite chenille de robot, qui est équipée du soi-disant "Gecko-Tape". Ce matériau a été inspiré par les mécanismes adhésifs des geckos, des araignées et des coléoptères, qui peuvent fonctionner sur des surfaces verticales et même au plafond sans liquides adhésifs.
Navigation autonome et comportement d'essaim
Un autre domaine important de la robotique biomimétique est la navigation autonome. Les scientifiques de l'Université suédoise de Lund ont développé un concept pour un nouveau système d'orientation de drones basé sur le comportement alternatif des insectes. Les observations ont montré que les abeilles sont basées sur l'intensité lumineuse de la navigation pour éviter les obstacles.
Les chercheurs en Hongrie ont de nouveau transféré le comportement d'essaim des insectes aux drones. À l'aide d'un algorithme nouvellement développé, jusqu'à neuf avions individuels peuvent voler en formation et ainsi naviguer également dans des environnements déroutants tels que les villes.
Convient à:
Potentiel de demande et perspectives d'avenir
Les micro -Rrobots inspirés par les insectes promettent une variété d'applications dans différents domaines.
Surveillance de l'agriculture et de l'environnement
L'une des applications potentielles les plus fascinantes est la pollinisation artificielle. Compte tenu du déclin mondial des populations d'abeilles, des essaims de robobes pourraient un jour aider la pollinisation des plantes. De plus, ces micro-robots pourraient être utilisés dans la surveillance environnementale pour collecter des données sur les conditions environnementales inaccessibles aux drones plus grands.
Exploration et secours en cas de catastrophe
Grâce à leur petite taille, des robots micror inspirés des insectes peuvent être utilisés lors de l'exploration des pièces étroites, des bâtiments effondrés ou d'autres environnements complexes. Dans les zones sinistrées, vous pourriez fournir des informations précieuses sans mettre les gens en danger.
Applications médicales
À long terme, les robots miniaturisés pourraient même être utilisés dans le domaine médical. Des essaims de minuscules robots pourraient éventuellement réaliser des diagnostics ou même faire des traitements dans le corps humain.
Limites actuelles et développements futurs
Malgré les progrès impressionnants, les robots micror inspirés des insectes sont toujours confrontés à des défis considérables. Par exemple, le Robobee est toujours connecté à des systèmes de contrôle externes par câble, ce qui limite sa mobilité. Les chercheurs travaillent sur des capteurs de miniaturisation, du contrôle et de l'approvisionnement en énergie afin de pouvoir les installer directement dans le robot de vol.
La miniaturisation de ces composants est considérée comme le «Graal sacré triple» des microrobotiques et représente d'énormes défis techniques. Néanmoins, la vision des chercheurs est claire: essaims complètement autonomes de micro-robots qui peuvent effectuer des tâches complexes dans divers environnements.
Nature en tant qu'ingénieur: progrès en microrobotiques
Les biomimétiques ont révolutionné le développement de microrobotiques en permettant aux ingénieurs de bénéficier de millions d'années d'optimisation évolutive. Les progrès récents dans les techniques d'atterrissage inspirées des insectes pour les micro-robots tels que le Robobe démontrent de manière impressionnante le potentiel de cette approche.
En raison de l'imitation des systèmes naturels, les chercheurs développent non seulement des robots plus efficaces et plus robustes, mais acquièrent également des informations précieuses sur les mécanismes biologiques eux-mêmes. Comme Alyssa Hernandez, postdoctor et co-auteur de l'étude Robobee, explique: «Nous pouvons utiliser ces plateformes de robot pour la recherche et les études biologiques, le test d'hypothèses biomécaniques.
L'avenir de la robotique biomimétique promet d'autres développements fascinants, tandis que les chercheurs continuent de puiser dans la source d'inspiration inépuisable afin de maîtriser les défis techniques de notre temps. Le chemin de l'observation des phénomènes naturels à sa mise en œuvre technique n'est pas toujours facile, mais comme le montre la réussite du Robobee, cela peut conduire à des innovations révolutionnaires qui ont le potentiel de révolutionner de nombreux domaines de notre vie.
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