פורסם ב: 20 באפריל 2025 / עדכון מאת: 20 באפריל 2025 - מחבר: קונרד וולפנשטיין
ביומימטיקה במיקרורובוטיקה עם רובוב ושות ': כיצד טכניקות נחיתה של חרקים מניעות רובוטיקה - תמונה יצירתית: xpert.digital
מחושב מהטבע: כיצד הביומימטיקה מעבירה את גבולות הרובוטיקה
עוזרים זעירים: רובוטים חרקים כובשים חקלאות, רפואה ועוד
הטבע פיתח פתרונות מדהימים לאתגרים מורכבים לאורך מיליוני שנים. דווקא יעילות ואלגנטיות זו של מערכות טבעיות מעוררות יותר ויותר מדענים בפיתוח טכנולוגיות רובוט מתקדמות. הביומימטיקה בהשראת חרקים הובילה לפריצות דרך מרשימות, במיוחד בתחום המיקרו -אובוטיות. מעל לכל, ההתקדמות האחרונה בטכניקות נחיתה למיקרו -רובוטים, בהשראת חרקים כמו חטיפים ודבורים, מדגימים באופן מרשים כיצד הטבע יכול לשמש תכנית לפתרונות טכניים חדשניים.
יסודות הביומימטיקה ברובוטיקה
ביומימטיקה, הידועה גם בשם ביוניק, מתארת את ההעברה השיטתית של מנגנונים ושיטות מהטבע לטכנולוגיה. גישה בין תחומית זו הופכת להיות יותר ויותר נצפתה באזורים כמו מדעי חומר, רובוטיקה, אנרגיה מתחדשת, רפואה וטכנולוגיית מידע. במקום להעתיק את הטבע אחד לאחד, המדענים עוסקים בהבנת העקרונות הבסיסיים ולהתאים אותם ליישומים טכניים.
מהנדסים תמיד קיבלו השראה מהטבע, מסביר הרטמוט ויטה, ראש המחלקה לביומכטרוניקה באילמנאו. Bionics משמשת כשיטה לא רק לקידום ומערכת שיטת אסוציאציה זו, אלא גם להרחיב את הבסיס להתפתחויות של מוצרים טכניים. האבולוציה הניבה אורגניזמים שהסתגלו בצורה מושלמת לסביבתם, ודיוק התאמות אלה המספקות מודלים לחיקוי יקרי ערך לחידושים בטכנולוגיה.
בעת העברת עקרונות ביולוגיים לטכנולוגיה, מתברר כי ביוניקים אמיתיים אינם ניתנים לזיהוי על ידי מאפיינים חיצוניים, מסביר וייט. זה לא קשור לחיקוי עצם הצורה החיצונית, אלא על התאמת העקרונות הפונקציונליים שפותחו לשלמות בטבע.
מתאים לכך:
רובוטי מיקרור בהשראת חרקים: ניסים טכניים בפורמט מיניאטורי
בשל גודלם, יעילותם ומיומנויות מדהימות, חרקים זמינים כמודלים לחיקוי אידיאליים לפיתוח רובוטים מיקרו. מאפייני הטיסה המפותחים ביותר שלה, מנגנוני תנועה וכישורי הסתגלות העניקו השראה לחוקרים ברחבי העולם לשחזר מבחינה טכנית מערכות ביולוגיות אלה.
רובובי: רובוט המיקרו המעופף של הרווארד
אחת הדוגמאות הידועות ביותר לרובוטיקה בהשראת חרקים היא הרובובי באוניברסיטת הרווארד. הרובוט המעופף הזעיר הזה שוקל רק גרם עשירי ויש לו מוטת כנפיים של 3 סנטימטרים בלבד. הרובובי מורכב משלושה מרכיבים עיקריים: הגוף העשוי מסיבי פחמן, כנפי הוופל ו"המוח ", המורכב ממספר חיישנים חכמים.
הכנפיים מופעלות על ידי מפעילים פיזואלקטריים - סוג של שרירים מלאכותיים הממירים אנרגיה חשמלית לתנועה. טכנולוגיה זו מאפשרת לרובוט המיקרו לעוף, לצוף ולבצע תמרונים מורכבים, כמו דבורה אמיתית.
דוגמאות נוספות לרובוטים מיקרו בהשראת חרקים
באוניברסיטת קליפורניה, ברקלי, פיתחו המהנדסים רובוט טיסה קטן עוד יותר בהשראת חרקים. בקוטר של פחות מ -1 ס"מ ומשקל של 21 מ"ג בלבד, זהו הרובוט האלחוטי הקטן ביותר בעולם שיכול לעוף בצורה מבוקרת. עם זאת, בניגוד לרובובי, רובוט זה משתמש בשדות מגנטיים חיצוניים ככונן ובקרה.
חוקרי ביוניק במכון הטכנולוגי בג'ורג'יה פיתחו בתורם מיקרו-רובוטים המחקים את התנהגותם של נמלים. הרובוטים הזעירים הללו רוחבים רק 1.8 מילימטרים, בעובי 0.8 מילימטרים ומשקלים כ -5 מיליגרם. חזון החוקרים: נחילי חרקים אלקטרוניים אלה עלולים להשתלט על האבקה של צמחים בחקלאות.
האתגר של נחיתה בטוחה
אחד האתגרים הגדולים ביותר לטיסת מיקרו רובוטים הוא נחיתה בטוחה. בשל גודלם הקטן ומשקלם הקל, הם רגישים במיוחד להתנפנף וחוסר יציבות, במיוחד ליד האדמה.
בעיית הנחיתה של הרובוביי
"עד כה כיבינו את הרכב על האדמה בנחיתה, פשוט הפילנו אותו והתפללנו שהוא יגמר ובבטיחות," מסביר כריסטיאן צ'אן, דוקטורנט בצוות המחקר של הרווארד. נחיתה בלתי מבוקרת זו הייתה סיכון ניכר למפעילים הפיזואלקטריים הרגישים וכנפי הפיליגרן של הרובוט, מה שעלול להיפגע בקלות על ידי השפעה.
הבעיה הוחמרה על ידי אפקט האדמה שנקרא כל כך שנקרא -תזוזת אוויר המופעלת על ידי הכנפיים המכות ומובילות לחוסר יציבות בעת הנחיתה. אתגרים אווירודינמיים אלה מקשים במיוחד על רובוטי הטיסה הזעירים להסתיים באופן מבוקר.
פתרון קרקע בהשראת שנקן
כדי לפתור בעיה זו, המדענים מאוניברסיטת הרווארד התבוננו בזבוב המנוף (שנק), חרק עם ממדים דומים כמו הרובוב. זבוב המנוף מסוגל לבצע נחיתות אלגנטיות על מצעים שונים, בזכות רגליהם הארוכות והגמישות שיכולות לאדים נחיתות.
בהשראת המודל הטבעי הזה, הצוות פיתח סטל נחיתה חדש לרובובי: ארבע רגליים ארוכות וגמישות, בדומה לאלה של זבוב המנוף. רגליים אלה ארוכות וגמישות מספיק כדי להבטיח שהקרקע תהיה בטוחה מהקרקע לפני שגופו העיקרי של הרובוט מושפע מסערת האוויר הבעייתית.
בנוסף לשיפורים המכניים, המדענים התאימו גם את בקרת הטיסה של הרובוט, תוך התמצאות להתנהגות הנחיתה של טיסת המנוף. אלה מאיצים מטיסה צפה, ואז בלמים לעבר שער הנחיתה ומקימים במהירות השפעה נמוכה. לאחר מכן נרשמת אנרגיית ההשפעה הקיימת על ידי אזור הנחיתה המכני.
טכניקות נחיתה אלטרנטיביות למיקרו -רובוטים
טכנולוגיית נחיתה נוספת בהשראת חרקים פותחה על ידי חוקרים מאוניברסיטת הרווארד לגרסאות קודמות של הרובובי. בעוד שלעתים קרובות חרקים אמיתיים משתמשים בסוג של דבק כדי לדבוק במשטחים אנכיים, החוקרים הסתמכו על משיכה אלקטרוסטטית על מנת לחבר את הרובוט לכרית. גישה זו דורשת רק כמות קטנה של אנרגיה כדי לתקן את הרובוט האור.
התפתחות מדהימה נוספת מגיעה מאוניברסיטת נאנג'ינג לאווירונאוטיקה ואסטרונאוטיקה (NUAA), שם פיתחו חוקרים רובוט חרקים המשלב כישורי טיסה וטיפוס. רובוט זה יכול לנחות על קיר אנכי, לטפס לאורכו ולהמריא שוב - מיומנות שהוא הצליח להפגין על חומרים שונים כמו זכוכית, עץ, שיש ואפילו קליפת עץ.
גישות ביומימטיות מעבר לטכנולוגיית נחיתה
הטבע מעורר השראה לרובוטיקה לא רק בפיתוח טכניקות נחיתה, אלא בהיבטים רבים של מיקרורובוטיקה. ממנגנוני תנועה למערכות מעצר וכלה במושגים - הטבע מציע מאגר פתרונות עשיר.
מערכות תנועה מתקדמות
צוות מחקר באוניברסיטת הרווארד פיתח רובוט חרקים מיקרו בשם "זעם קטן" עם "זין" מלאכותי בהשראת זין קפיצה. רובוט זה יכול לקפוץ 1.4 מטר מרשים, התואם פי 23 את אורך גופו. מנגנון הקפיצה מבוסס על "הפורקולה" של הזין הקופץ שעובד כמו מעיין מתוח.
ב- Tu ilmenau, החוקרים במחלקת הביומכטרוניקה בנו קטרפילר רובוט קטן, המצויד במה שמכונה "קלטת שממית". חומר זה נוצר בהשראת מנגנוני הדבק של שממיות, עכבישים וחיפושיות, שיכולים לפעול על משטחים אנכיים ואפילו על התקרה ללא נוזלי דבק.
ניווט אוטונומי והתנהגות נחילה
תחום חשוב נוסף של רובוטיקה ביומימטית הוא ניווט אוטונומי. מדענים מהאוניברסיטה השוודית בלונד פיתחו מושג למערכת התמצאות מל"ט חדשה המבוססת על התנהגות חלופית של חרקים. התצפיות הראו כי הדבורים מבוססות על עוצמת האור בניווט כדי למנוע מכשולים.
חוקרים בהונגריה העבירו שוב את התנהגות הנחיל של חרקים למל"טים. בעזרת אלגוריתם שזה עתה מפותח, עד תשעה מטוסים בודדים יכולים לעוף בהיווצרות ובכך גם לנווט בסביבות מבלבלות כמו ערים.
מתאים לכך:
פוטנציאל יישום פוטנציאל ועתיד
המיקרו -רובוטים בהשראת חרקים מבטיחים מגוון יישומים באזורים שונים.
חקלאות וניטור סביבתי
אחד היישומים הפוטנציאליים המרתקים ביותר הוא האבקה מלאכותית. לאור הירידה הגלובלית של אוכלוסיות הדבורים, נחילי רובובים יכולים יום אחד לעזור לאבקה של צמחים. בנוסף, ניתן להשתמש ברובוטים מיקרו אלו במעקב סביבתי כדי לאסוף נתונים על תנאים סביבתיים שאינם נגישים למל"טים גדולים יותר.
חקר והקלה על אסון
בזכות גודלם הקטן, ניתן להשתמש ברובוטים מיקרור -חרקים בהשראת חרקים בעת בחינת חדרים צרים, בניינים שהתמוטטו או סביבות מורכבות אחרות. באזורי אסון אתה יכול לספק מידע חשוב מבלי לסכן אנשים.
יישומים רפואיים
בטווח הארוך ניתן להשתמש ברובוטים מיניאטוריים אפילו בתחום הרפואי. נחילי רובוטים זעירים עשויים לבצע אבחנות או אפילו לבצע טיפולים בגוף האדם.
גבולות נוכחיים והתפתחויות עתידיות
למרות ההתקדמות המרשימה, רובוטי המיקרור בהשראת חרקים עדיין עומדים בפני אתגרים ניכרים. לדוגמה, הרובובי עדיין מחובר למערכות בקרה חיצוניות לפי כבל, המגביל את הניידות שלו. החוקרים עובדים על חיישני מיניאטור, בקרה ואספקת אנרגיה על מנת שיוכלו להתקין אותם ישירות ברובוט הטיסה.
המזעור של רכיבים אלה נחשב ל"גריל הקדוש המשולש "של מיקרו -ובוטיקה ומייצג אתגרים טכניים אדירים. עם זאת, חזון החוקרים ברור: נחילים אוטונומיים לחלוטין של רובוטים מיקרו שיכולים לבצע משימות מורכבות בסביבות שונות.
הטבע כמהנדס: התקדמות במיקרו -רובוטיקה
ביומימטיקה חוללה מהפכה בפיתוח מיקרו -אובוטיות בכך שהיא מאפשרת למהנדסים ליהנות ממיליוני שנים של אופטימיזציה אבולוציונית. ההתקדמות האחרונה בטכניקות נחיתה בהשראת חרקים למיקרו -רובוטים כמו הרובוב מדגימה באופן מרשים את הפוטנציאל של גישה זו.
בשל חיקוי מערכות טבעיות, החוקרים לא רק מפתחים רובוטים יעילים וחזקים יותר, אלא גם מקבלים תובנות חשובות לגבי המנגנונים הביולוגיים עצמם. בדומה לאליסה הרננדז, פוסט-דוקטור ומחבר משותף של מחקר רובובי, מסביר: "אנו יכולים להשתמש בפלטפורמות הרובוט הללו למחקר ומחקרים ביולוגיים, מבחן ההשערות הביומכניות."
העתיד של הרובוטיקה הביומימטית מבטיח התפתחויות מרתקות נוספות, ואילו החוקרים ממשיכים להשתמש במקור ההשראה הבלתי נדלה על מנת לשלוט באתגרים הטכניים של זמננו. הדרך מהתבוננות בתופעות טבע ליישומם הטכני אינה תמיד קלה, אך כפי שמראה סיפור ההצלחה של הרובובי, הוא יכול להוביל לחידושים פורצי דרך שיש להם פוטנציאל לחולל מהפכה בתחומים רבים בחיינו.
מתאים לכך:
השותף הגלובלי שלך לשיווק ופיתוח עסקי
☑️ השפה העסקית שלנו היא אנגלית או גרמנית
☑️ חדש: התכתבויות בשפה הלאומית שלך!
קונרד וולפנשטיין
אני שמח להיות זמין לך ולצוות שלי כיועץ אישי.
אתה יכול ליצור איתי קשר על ידי מילוי טופס יצירת הקשר או פשוט להתקשר אליי בטלפון +49 89 674 804 (מינכן) . כתובת הדוא"ל שלי היא: וולפנשטיין ∂ xpert.digital
אני מצפה לפרויקט המשותף שלנו.
