Megjelent: 2025. április 20. / Frissítés: 2025. április 20. - Szerző: Konrad Wolfenstein
Biomimetika a mikrorobotikában a Robobe és a Co.
A természetből számolva: Hogyan változtatja meg a biomimetika a robotika határait
Apró segítők: rovarrobotok meghódítják a mezőgazdaságot, az orvostudományt és még sok más
A természet figyelemre méltó megoldásokat fejlesztett ki az összetett kihívásokra több millió év alatt. Pontosan a természetes rendszerek hatékonysága és eleganciája egyre inkább inspirálja a tudósokat a fejlett robot technológiák fejlesztésében. A rovarok ihlette biomimetikumok lenyűgöző áttörésekhez vezettek, különösen a mikrorobotika területén. Mindenekelőtt a mikro -robotok leszállási technikáinak közelmúltbeli előrehaladása, amelyet olyan rovarok, mint például snackek és méhek inspirálnak, lenyűgözően bemutatják, hogy a természet hogyan szolgálhat az innovatív műszaki megoldások tervének.
A biomimetika alapjai a robotikában
A biomimetika, más néven Bionik, leírja a mechanizmusok és módszerek szisztematikus átadását a természetről a technológiára. Ez az interdiszciplináris megközelítés egyre inkább megfigyelhető olyan területeken, mint az anyagtudományok, a robotika, a megújuló energia, az orvostudomány és az informatika. Ahelyett, hogy a természetet egyre másolnák, a tudósok a mögöttes alapelvek megértésével és a műszaki alkalmazásokhoz való alkalmazkodással foglalkoznak.
A mérnököket mindig a természet ihlette - magyarázza Hartmut Witte, az Ilmenau biomechatronikai osztályának vezetője. A Bionics módszerként szolgál nemcsak az egyesület előmozdítására és szisztematizálására, hanem a műszaki termékfejlesztések alapjának kibővítésére is. Az evolúció olyan szervezeteket hoz létre, amelyek tökéletesen alkalmazkodtak a környezetükhöz, és pontosan ezek a kiigazítások adják értékes példaképeket a technológiai innovációkhoz.
A biológiai alapelvek technológiára történő átvitelekor világossá válik, hogy a valódi bionikák nem ismerhetők fel a külső tulajdonságok alapján - magyarázza Witte. Nem a külső forma puszta utánzásáról szól, hanem a funkcionális alapelvek adaptációjáról, amelyeket a természetben tökéletesen fejlesztettek ki.
Alkalmas:
Rovar -ihlette mikrorrobotok: Műszaki csodák miniatűr formátumban
Méretük, hatékonyságuk és csodálatos készségeik miatt a rovarok ideális példaképekként állnak rendelkezésre a mikrobotok fejlesztéséhez. Fejlett repülési tulajdonságai, mozgási mechanizmusai és adaptációs képességei inspirálták a kutatókat világszerte, hogy technikailag reprodukálják ezeket a biológiai rendszereket.
Robobee: Harvard Flying Micro Robot
A rovarok által ihlette robotika egyik legismertebb példája a Robobee a Harvard Egyetemen. Ez az apró repülő robot csak egy tizedik gramm súlyú, és csak 3 centiméter szárnyú. A Robobee három fő alkatrészből áll: a szénszálból készült testből, az ostya -vékony szárnyakból és az agyból, amely számos intelligens érzékelőből áll.
A szárnyakat piezoelektromos hajtóművek táplálják - egyfajta mesterséges izmok, amelyek az elektromos energiát mozgásba konvertálják. Ez a technológia lehetővé teszi a mikro -robot számára, hogy repüljön, lebegjen és komplex manővereket hajtson végre, például egy igazi méh.
További példa a rovarok ihlette mikro -robotokra
A Berkeley, a Kaliforniai Egyetemen a mérnökök még kisebb rovar ihlette repülési robotot fejlesztettek ki. Az 1 cm -nél alacsonyabb átmérőjű és mindössze 21 mg súlyú, a világ legkisebb vezeték nélküli robotja, amely ellenőrzött módon képes repülni. A Robobee -vel ellentétben azonban ez a robot külső mágneses mezőket használ meghajtóként és vezérlésként.
A grúziai technológiai Intézet Bionik kutatói viszont olyan mikro-robotokat fejlesztettek ki, amelyek utánozzák a hangyák viselkedését. Ezek az apró robotok mindössze 1,8 milliméter szélesek, 0,8 milliméter vastagok és súlya körülbelül 5 milligramm. A kutatók elképzelése: Ezen elektronikus rovarok rajjai átveszhetik a növények beporzását a mezőgazdaságban.
A biztonságos leszállás kihívása
A mikrobotok repülésének egyik legnagyobb kihívása a biztonságos leszállás. Kis méretük és könnyű súlyuk miatt különösen hajlamosak a levegő lángolására és az instabilitásokra, különösen a talaj közelében.
A robobee leszállási problémája
"Eddig kikapcsoltuk a járművet a föld fölött egy leszálláskor, csak ledobtuk és imádkoztunk, hogy véget érjen és biztonságosan landoljon" - magyarázza Christian Chan, a Harvard kutatócsoport doktori hallgatója. Ez a ellenőrizetlen leszállás jelentős kockázatot jelentett a robot érzékeny piezoelektromos működtetőinek és filigrán szárnyának, amelyet egy ütés könnyen megsérthet.
A problémát súlyosbította az úgynevezett So -nevű talajhatás -a levegő elmozdulása, amelyet a verési szárnyak váltanak ki, és a leszálláskor instabilitáshoz vezetnek. Ezek az aerodinamikai kihívások különösen megnehezítik az apró repülési robotok számára, hogy ellenőrzött módon végezzenek.
A Schnaken ihlette földi megoldás
A probléma megoldása érdekében a Harvard Egyetem tudósai a Crane Fly -re (Schnake) néztek, egy olyan rovarra, amelynek hasonló dimenziója van, mint a Robobe. A daru légy képes elegáns leszállást végezni különféle szubsztrátumokon, hosszú, rugalmas lábuknak köszönhetően, amelyek gőzölhetik a leszállást.
A természetes modell ihlette, a csapat új leszállási csillagot fejlesztett ki a Robobee számára: négy hosszú, rugalmas láb, hasonlóan a daru légyéhez. Ezek a lábak elég hosszúak és elég rugalmasak ahhoz, hogy a talaj biztonságban legyen a talajtól, mielőtt a robot fő testét a problémás levegő turbulencia befolyásolja.
A mechanikai fejlesztések mellett a tudósok adaptálták a robot repülési ellenőrzését is, és a daru repülésének leszállási viselkedéséhez irányultak. Ezek felgyorsulnak egy úszó járatból, majd fékezz a leszállási cél felé, és alacsony ütközési sebességgel állítják be. A még mindig meglévő ütközési energiát ezután a mechanikus leszállási terület rögzíti.
Alternatív leszállási technikák mikro -robotokhoz
A rovarok által inspirált újabb leszállási technológiát a Harvard Egyetem kutatói fejlesztették ki a Robobee korábbi verziói számára. Míg a valós rovarok gyakran egyfajta ragasztót használnak a függőleges felületek betartására, a kutatók az elektrosztatikus vonzerőre támaszkodtak, hogy a robotot egy padhoz rögzítsék. Ez a megközelítés csak kis mennyiségű energiát igényel a könnyű robot rögzítéséhez.
Egy másik figyelemre méltó fejlemény a Nanjingi Repülési és űrhajózási Egyetemen (NUAA) származik, ahol a kutatók olyan rovarrobotot fejlesztettek ki, amely ötvözi a repülést és a hegymászási képességeket. Ez a robot egy függőleges falon szállhat le, felmászhat rajta, és újra felszállhat - egy olyan készség, amelyet különféle anyagok, például üveg, fa, márvány és még fa kéreg képes volt bemutatni.
Biomimetikus megközelítések a leszállási technológián túl
A természet inspirálja a robotikát nemcsak a leszállási technikák fejlesztésében, hanem a mikrorobotika számos szempontjából is. A mozgási mechanizmusoktól kezdve a fogvatartási rendszerekig a koncepciók vezetéséig - a természet gazdag megoldások tározóját kínálja.
Fejlett mozgási rendszerek
A Harvard Egyetemi Kutatócsoport kifejlesztett egy „Little Fury” nevű mikro rovar robotot, amelynek mesterséges „kakas”, amelyet ugró kakasok ihlette. Ez a robot lenyűgöző 1,4 méterre ugrhat, ami a testhosszának 23 -szorosának felel meg. Az ugró mechanizmus az ugró kakasok "Furcula" -on alapul, amely úgy működik, mint egy feszült rugó.
A Tu Ilmenau-nál a Biomechatronikai Osztály kutatói építettek egy kis robot-hernyót, amelyet az úgynevezett "gecko-tape" -nel felszereltek. Ezt az anyagot a gekkók, a pókok és a bogarak ragasztási mechanizmusai ihlette, amelyek függőleges felületeken és még a mennyezeten is futhatnak ragasztófolyadékok nélkül.
Autonóm navigáció és raj viselkedés
A biomimetikus robotika másik fontos területe az autonóm navigáció. A Svéd Lund Egyetem tudósai kidolgozták a rovarok alternatív viselkedésén alapuló új drónorientációs rendszer koncepcióját. A megfigyelések azt mutatták, hogy a méhek az akadályok elkerülése érdekében a navigáció fényintenzitásán alapulnak.
A magyar kutatók ismét átadták a rovarok rajtainak viselkedését a drónokba. Egy újonnan kifejlesztett algoritmus segítségével akár kilenc egyedi repülőgép repülhet ki a formációban, és így zavaró környezetben, például városokban is navigálhat.
Alkalmas:
Alkalmazási potenciál és jövőbeli kilátások
A rovarok ihlette mikro -robotok különféle alkalmazásokat ígérnek a különböző területeken.
Mezőgazdaság és környezeti megfigyelés
Az egyik legérdekesebb potenciális alkalmazás a mesterséges beporzás. Tekintettel a méhpopulációk globális hanyatlására, a robobeák rajjai egy nap segíthetnek a növények beporzásának. Ezenkívül ezeket a mikrotrobotokat felhasználhatják a környezeti megfigyelés során a nagyobb drónok számára elérhetetlen környezeti feltételekről szóló adatok gyűjtésére.
Felfedezés és katasztrófaelhárítás
Kis méretüknek köszönhetően a rovar ihlette mikror -robotok használhatók keskeny szobák, összeomlott épületek vagy más összetett környezet felfedezésekor. A katasztrófa területén értékes információkat szolgáltathat anélkül, hogy az embereket veszélybe sodorná.
Orvosi alkalmazások
Hosszú távon a miniatürizált robotok is felhasználhatók az orvosi területen. Az apró robotok rajjai esetleg diagnosztizálhatnak, vagy akár kezelést végezhetnek az emberi testben.
Jelenlegi határok és jövőbeli fejlemények
A lenyűgöző fejlődés ellenére a rovarok ihlette mikror -robotok továbbra is jelentős kihívásokkal szembesülnek. Például a robobee még mindig kábelrel van csatlakoztatva a külső vezérlőrendszerekhez, ami korlátozza annak mobilitását. A kutatók miniatürizáló érzékelőkön, vezérlésen és energiaellátáson dolgoznak annak érdekében, hogy közvetlenül a repülési robotba telepítsék őket.
Ezen összetevők miniatürizálását a mikrorobotika "hármas szent gráljának" tekintik, és óriási technikai kihívásokat jelent. Ennek ellenére a kutatók elképzelése egyértelmű: a mikrobotok teljesen autonóm rajjai, amelyek komplex feladatokat végezhetnek különböző környezetekben.
Természet, mint mérnök: Haladás a mikrorobotikában
A biomimetika forradalmasította a mikrorobotika fejlődését azáltal, hogy lehetővé tette a mérnökök számára, hogy több millió éves evolúciós optimalizálást kapjanak. A mikro -robotok, például a Robobe rovar -ihlette leszállási technikáinak közelmúltbeli előrehaladása lenyűgözően megmutatja ennek a megközelítésnek a lehetőségeit.
A természetes rendszerek utánozása miatt a kutatók nemcsak hatékonyabb és robusztusabb robotokat fejlesztenek ki, hanem értékes betekintést nyernek maguk a biológiai mechanizmusokba. Mint Alyssa Hernandez, a posztdoktor és a Robobee tanulmány társszerzője elmagyarázza: „Ezeket a robotplatformokat biológiai kutatásokhoz és tanulmányokhoz használhatjuk, a biomechanikai hipotézisek tesztjét."
A biomimetikus robotika jövője további lenyűgöző fejleményeket ígér, miközben a kutatók továbbra is a kimeríthetetlen inspirációs forrást érintik, hogy korunk technikai kihívásait elsajátítsák. A természeti jelenségek megfigyelésétől a műszaki megvalósításig tartó út nem mindig könnyű, de amint a Robobee sikertörténete megmutatja, úttörő innovációkhoz vezethet, amelyek életünk számos területét forradalmasíthatják.
Alkalmas:
Az Ön globális marketing- és üzletfejlesztési partnere
☑️ Üzleti nyelvünk angol vagy német
☑️ ÚJ: Levelezés az Ön nemzeti nyelvén!
Konrad Wolfenstein
Szívesen szolgálok Önt és csapatomat személyes tanácsadóként.
Felveheti velem a kapcsolatot az itt található kapcsolatfelvételi űrlap kitöltésével , vagy egyszerűen hívjon a +49 89 89 674 804 (München) . Az e-mail címem: wolfenstein ∂ xpert.digital
Nagyon várom a közös projektünket.
