Diterbitkan pada: 20 April 2025 / Pembaruan Dari: 20 April 2025 - Penulis: Konrad Wolfenstein
Biomimetik dalam mikrorobotik dengan Robobe and Co.: Bagaimana teknik pendaratan serangga menggerakkan robotika - citra kreatif: xpert.digital
Dihitung dari alam: bagaimana biomimetik menggeser batas robotika
Pembantu kecil: robot serangga menaklukkan pertanian, obat -obatan dan banyak lagi
Nature telah mengembangkan solusi luar biasa untuk tantangan kompleks selama jutaan tahun. Justru efisiensi dan keanggunan sistem alami inilah yang semakin menginspirasi para ilmuwan dalam mengembangkan teknologi robot canggih. Biomimetik yang terinspirasi oleh serangga telah menyebabkan terobosan yang mengesankan, terutama di bidang mikrorobotik. Di atas segalanya, kemajuan terbaru dalam teknik pendaratan untuk mikro -robot, yang diilhami oleh serangga seperti makanan ringan dan lebah, secara mengesankan menunjukkan bagaimana alam dapat berfungsi sebagai cetak biru untuk solusi teknis yang inovatif.
Dasar -dasar biomimetik dalam robotika
Biomimetik, juga dikenal sebagai Bionik, menggambarkan transmisi sistematis mekanisme dan metode dari alam ke teknologi. Pendekatan interdisipliner ini menjadi semakin diamati di bidang -bidang seperti ilmu material, robotika, energi terbarukan, kedokteran dan teknologi informasi. Alih -alih menyalin alam satu per satu, para ilmuwan prihatin dengan memahami prinsip -prinsip yang mendasari dan mengadaptasi mereka untuk aplikasi teknis.
Insinyur selalu terinspirasi oleh alam, menjelaskan Hartmut Witte, kepala departemen biomechatronics di Ilmenau. Bionik berfungsi sebagai metode tidak hanya mempromosikan dan mensistematisasikan asosiasi ini, tetapi juga untuk memperluas dasar untuk pengembangan produk teknis. Evolusi telah menghasilkan organisme yang telah beradaptasi dengan sempurna dengan lingkungan mereka, dan justru penyesuaian inilah yang memberikan panutan yang berharga untuk inovasi dalam teknologi.
Ketika mentransfer prinsip biologis ke teknologi, menjadi jelas bahwa bionik sejati tidak dapat dikenali oleh karakteristik eksternal, jelas Witte. Ini bukan tentang peniruan semata -mata dari bentuk eksternal, tetapi tentang adaptasi prinsip -prinsip fungsional yang dikembangkan menjadi kesempurnaan di alam.
Cocok untuk:
Robot micror yang terinspirasi serangga: mukjizat teknis dalam format miniatur
Karena ukuran, efisiensi, dan keterampilannya yang luar biasa, serangga tersedia sebagai panutan yang ideal untuk pengembangan robot mikro. Karakteristik penerbangannya yang sangat berkembang, mekanisme penggerak dan keterampilan adaptasi telah menginspirasi para peneliti di seluruh dunia untuk secara teknis mereproduksi sistem biologis ini.
Robobee: Robot Mikro Terbang Harvard
Salah satu contoh robotika yang terinspirasi dari serangga adalah Robobee di Universitas Harvard. Robot terbang kecil ini memiliki berat hanya sepersepuluh dan memiliki lebar sayap hanya 3 sentimeter. Robobee terdiri dari tiga komponen utama: tubuh yang terbuat dari serat karbon, sayap wafer -thin dan "otak", yang terdiri dari sejumlah sensor cerdas.
Sayap ditenagai oleh aktuator piezoelektrik - semacam otot buatan yang mengubah energi listrik menjadi bergerak. Teknologi ini memungkinkan robot mikro untuk terbang, mengapung, dan melakukan manuver yang kompleks, seperti lebah asli.
Lebih banyak contoh robot mikro yang terinspirasi serangga
Di University of California, Berkeley, insinyur telah mengembangkan robot penerbangan yang terinspirasi serangga yang lebih kecil. Dengan diameter kurang dari 1 cm dan berat hanya 21 mg, itu adalah robot nirkabel terkecil di dunia yang dapat terbang dengan cara yang terkontrol. Berbeda dengan robobee, robot ini menggunakan medan magnet eksternal sebagai drive dan kontrol.
Peneliti Bionik di Institut Teknologi Georgia pada gilirannya mengembangkan mikro-robot yang meniru perilaku semut. Robot kecil ini hanya 1,8 milimeter lebar, tebal 0,8 milimeter dan beratnya sekitar 5 miligram. Visi para peneliti: Kawanan serangga elektronik ini dapat mengambil alih penyerbukan tanaman di bidang pertanian.
Tantangan pendaratan yang aman
Salah satu tantangan terbesar untuk menerbangkan robot mikro adalah pendaratan yang aman. Karena ukurannya yang kecil dan ringan, mereka sangat rentan terhadap glasir udara dan ketidakstabilan, terutama di dekat tanah.
Masalah pendaratan robobebee
"Sejauh ini kami telah mematikan kendaraan di tanah di pendaratan, hanya menjatuhkannya dan berdoa agar itu berakhir dan dengan aman mendarat," jelas Christian Chan, seorang mahasiswa doktoral di tim peneliti Harvard. Pendaratan yang tidak terkendali ini adalah risiko yang cukup besar untuk aktuator piezoelektrik yang sensitif dan sayap robot robot, yang dapat dengan mudah rusak oleh dampak.
Masalahnya diperburuk oleh efek tanah yang disebut SO yang disebut -perpindahan udara yang dipicu oleh sayap pemukulan dan menyebabkan ketidakstabilan saat mendarat. Tantangan aerodinamik ini membuat sangat sulit bagi robot penerbangan kecil untuk berakhir dengan cara yang terkontrol.
Solusi Tanah Terinspirasi oleh Schnaken
Untuk mengatasi masalah ini, para ilmuwan dari Universitas Harvard memandang Crane Fly (Schnake), serangga dengan dimensi yang sama dengan robobe. Lalat derek dapat melakukan pendaratan yang elegan di berbagai substrat, berkat kaki mereka yang panjang dan fleksibel yang dapat mengukus pendaratan.
Terinspirasi oleh model alami ini, tim mengembangkan Landing Stell baru untuk Robobee: Empat kaki panjang dan fleksibel, mirip dengan crane fly. Kaki -kaki ini cukup panjang dan fleksibel untuk memastikan bahwa tanah aman dari tanah sebelum tubuh utama robot dipengaruhi oleh turbulensi udara yang bermasalah.
Selain perbaikan mekanis, para ilmuwan juga mengadaptasi kontrol penerbangan robot, mengorientasikan diri mereka pada perilaku pendaratan terbang derek. Ini mempercepat dari penerbangan mengambang, kemudian mengerem ke arah gawang pendaratan dan diatur dengan kecepatan dampak rendah. Energi dampak yang masih ada kemudian dicatat oleh area pendaratan mekanis.
Teknik pendaratan alternatif untuk micro -robots
Teknologi pendaratan lain yang terinspirasi oleh serangga dikembangkan oleh para peneliti di Universitas Harvard untuk versi robobee sebelumnya. Sementara serangga sungguhan sering menggunakan semacam perekat untuk melekat pada permukaan vertikal, para peneliti mengandalkan daya tarik elektrostatik untuk memasang robot ke pad. Pendekatan ini hanya membutuhkan sedikit energi untuk memperbaiki robot ringan.
Perkembangan luar biasa lainnya berasal dari Nanjing University of Aeronautics & Astronautics (NUAA), di mana para peneliti telah mengembangkan robot serangga yang menggabungkan keterampilan penerbangan dan pendakian. Robot ini dapat mendarat di dinding vertikal, memanjat dan lepas landas lagi - keterampilan yang dapat ia tunjukkan pada berbagai bahan seperti kaca, kayu, marmer dan bahkan kulit pohon.
Pendekatan biomimetik di luar teknologi pendaratan
Alam menginspirasi robotika tidak hanya dalam pengembangan teknik pendaratan, tetapi dalam berbagai aspek mikrorobotik. Dari mekanisme penggerak hingga sistem penahanan untuk mendorong konsep - Nature menawarkan reservoir solusi yang kaya.
Sistem Gerakan Tingkat Lanjut
Tim peneliti Universitas Harvard telah mengembangkan robot serangga mikro yang disebut "Little Fury" dengan "ayam" buatan yang terinspirasi oleh jumping cocks. Robot ini dapat melompat mengesankan 1,4 meter, yang sesuai dengan 23 kali panjang tubuhnya. Mekanisme melompat didasarkan pada "furcula" dari jumping cocks yang bekerja seperti pegas yang tegang.
Di Tu Ilmenau, para peneliti di departemen biomechatronics telah membangun ulat robot kecil, yang dilengkapi dengan apa yang disebut "tokek tokek". Bahan ini terinspirasi oleh mekanisme perekat tokek, laba -laba dan kumbang, yang dapat berjalan pada permukaan vertikal dan bahkan di langit -langit tanpa cairan perekat.
Navigasi otonom dan perilaku berkerumun
Area penting lain dari robotika biomimetik adalah navigasi otonom. Para ilmuwan dari Universitas Swedia Lund telah mengembangkan konsep untuk sistem orientasi drone baru berdasarkan perilaku alternatif serangga. Pengamatan telah menunjukkan bahwa lebah didasarkan pada intensitas cahaya dalam navigasi untuk menghindari hambatan.
Para peneliti di Hongaria telah mentransfer perilaku serangga serangga ke drone. Dengan bantuan algoritma yang baru dikembangkan, hingga sembilan pesawat dapat terbang dalam formasi dan dengan demikian juga menavigasi di lingkungan yang membingungkan seperti kota.
Cocok untuk:
Potensi aplikasi dan prospek masa depan
Mikro -robot yang terinspirasi oleh serangga menjanjikan berbagai aplikasi di berbagai bidang.
Pertanian dan pemantauan lingkungan
Salah satu aplikasi potensial yang paling menarik adalah penyerbukan buatan. Mengingat penurunan global populasi lebah, segerombolan robobee suatu hari nanti bisa membantu penyerbukan tanaman. Selain itu, robot mikro ini dapat digunakan dalam pemantauan lingkungan untuk mengumpulkan data tentang kondisi lingkungan yang tidak dapat diakses oleh drone yang lebih besar.
Eksplorasi dan Bantuan Bencana
Berkat ukurannya yang kecil, robot micror yang terinspirasi serangga dapat digunakan saat menjelajahi kamar sempit, bangunan runtuh atau lingkungan kompleks lainnya. Di daerah bencana, Anda dapat memberikan informasi berharga tanpa menempatkan orang dalam bahaya.
Aplikasi medis
Dalam jangka panjang, robot miniatur bahkan dapat digunakan di bidang medis. Gererap robot kecil mungkin bisa melakukan diagnosis atau bahkan membuat perawatan di tubuh manusia.
Batas saat ini dan perkembangan masa depan
Terlepas dari kemajuan yang mengesankan, robot micror yang terinspirasi serangga masih menghadapi tantangan yang cukup besar. Misalnya, robobee masih terhubung ke sistem kontrol eksternal dengan kabel, yang membatasi mobilitasnya. Para peneliti sedang mengerjakan miniatur sensor, kontrol dan pasokan energi agar dapat memasangnya langsung di robot penerbangan.
Miniaturisasi komponen -komponen ini dianggap sebagai "triple sacred grail" dari mikrorobotik dan mewakili tantangan teknis yang sangat besar. Namun demikian, visi para peneliti jelas: segerombolan robot mikro yang sepenuhnya otonom yang dapat melakukan tugas -tugas kompleks di berbagai lingkungan.
Alam sebagai insinyur: Kemajuan dalam mikrorobotik
Biomimetik telah merevolusi pengembangan mikrorobotik dengan memungkinkan para insinyur untuk mendapatkan manfaat dari jutaan tahun optimasi evolusioner. Kemajuan baru -baru ini dalam teknik pendaratan yang terinspirasi serangga untuk mikro -robot seperti robobe secara mengesankan menunjukkan potensi pendekatan ini.
Karena tiruan sistem alami, para peneliti tidak hanya mengembangkan robot yang lebih efisien dan lebih kuat, tetapi juga mendapatkan wawasan yang berharga tentang mekanisme biologis itu sendiri. Seperti Alyssa Hernandez, postdoctor dan rekan penulis studi Robobee, menjelaskan: "Kami dapat menggunakan platform robot ini untuk penelitian dan studi biologis, uji hipotesis biomekanik."
Masa depan robotika biomimetik menjanjikan perkembangan yang lebih menarik, sementara para peneliti terus memanfaatkan sumber inspirasi yang tidak ada habisnya untuk menguasai tantangan teknis zaman kita. Jalan dari pengamatan fenomena alam hingga implementasinya tidak selalu mudah, tetapi seperti yang ditunjukkan oleh kisah sukses Robobee, itu dapat menyebabkan inovasi inovatif yang memiliki potensi untuk merevolusi banyak bidang kehidupan kita.
Cocok untuk:
Mitra pemasaran global dan pengembangan bisnis Anda
☑️ Bahasa bisnis kami adalah Inggris atau Jerman
☑️ BARU: Korespondensi dalam bahasa nasional Anda!
Konrad Wolfenstein
Saya akan dengan senang hati melayani Anda dan tim saya sebagai penasihat pribadi.
Anda dapat menghubungi saya dengan mengisi formulir kontak atau cukup hubungi saya di +49 89 89 674 804 (Munich) . Alamat email saya adalah: wolfenstein ∂ xpert.digital
Saya menantikan proyek bersama kita.
