Pubblicato il: 20 aprile 2025 / Aggiornamento dal: 20 aprile 2025 - Autore: Konrad Wolfenstein
Biomimetici in microrobotici con robobe e co.: Come le tecniche di atterraggio degli insetti guidano robotica - immagine creativa: xpert.digital
Calcolato dalla natura: come il biomimetico sposta i limiti della robotica
Piccoli aiutanti: i robot di insetti conquistano l'agricoltura, la medicina e altro ancora
La natura ha sviluppato soluzioni notevoli per sfide complesse nel corso di milioni di anni. È proprio questa efficienza ed eleganza dei sistemi naturali che ispirano sempre più scienziati nello sviluppo di tecnologie robot avanzate. La biomimetica ispirata agli insetti ha portato a impressionanti scoperte, in particolare nell'area dei microrobotici. Soprattutto, i recenti progressi nelle tecniche di atterraggio per i micro -robot, che sono ispirati a insetti come snack e api, dimostrano in modo impressionante come la natura può servire da modello per soluzioni tecniche innovative.
Nozioni di base sulla biomimetica in robotica
La biomimetica, nota anche come Bionik, descrive la trasmissione sistematica di meccanismi e metodi dalla natura alla tecnologia. Questo approccio interdisciplinare sta diventando sempre più osservato in settori quali scienze dei materiali, robotica, energia rinnovabile, medicina e tecnologia dell'informazione. Invece di copiare la natura uno a uno, gli scienziati si occupano di comprendere i principi sottostanti e adattarli per applicazioni tecniche.
Gli ingegneri sono sempre stati ispirati dalla natura, spiega Hartmut Witte, capo del dipartimento biomechatronics di Ilmenau. Bionics funge da metodo non solo per promuovere e sistematizzare questa associazione, ma anche per espandere le basi per gli sviluppi tecnici del prodotto. Evolution ha prodotto organismi che si sono adattati perfettamente al loro ambiente ed sono precisamente questi aggiustamenti che forniscono preziosi modelli di ruolo per le innovazioni nella tecnologia.
Quando si trasferiscono i principi biologici alla tecnologia, diventa chiaro che i veri bionici non sono riconoscibili dalle caratteristiche esterne, spiega Witte. Non si tratta della semplice imitazione della forma esterna, ma dell'adattamento dei principi funzionali che sono stati sviluppati in perfezione in natura.
Adatto a:
Robot micror ispirato agli insetti: miracoli tecnici in formato in miniatura
A causa delle loro dimensioni, efficienza e abilità sorprendenti, gli insetti sono disponibili come modelli di ruolo ideali per lo sviluppo di micro robot. Le sue caratteristiche di volo altamente sviluppate, meccanismi di locomozione e capacità di adattamento hanno ispirato ricercatori in tutto il mondo a riprodurre tecnicamente questi sistemi biologici.
Robobee: Micro robot volante di Harvard
Uno degli esempi più noti di robotica ispirata agli insetti è il Robobee dell'Università di Harvard. Questo piccolo robot volante pesa solo un decimo grammo e ha un'apertura alare di soli 3 centimetri. Il Robobee è costituito da tre componenti principali: il corpo realizzato in fibra di carbonio, le ali sottili di wafer e il "cervello", che consiste in numerosi sensori intelligenti.
Le ali sono alimentate da attuatori piezoelettrici - una sorta di muscoli artificiali che convertono l'energia elettrica in movimento. Questa tecnologia consente al micro robot di volare, galleggiare e eseguire manovre complesse, come una vera ape.
Altri esempi di micro robot ispirati agli insetti
All'Università della California, Berkeley, gli ingegneri hanno sviluppato un robot di volo ispirato a insetti ancora più piccolo. Con un diametro inferiore a 1 cm e un peso di soli 21 mg, è il robot wireless più piccolo al mondo che può volare in modo controllato. A differenza del Robobee, tuttavia, questo robot utilizza campi magnetici esterni come unità e controllo.
I ricercatori di Bionik del Georgia Institute of Technology hanno a sua volta sviluppato micro-robot che imitano il comportamento delle formiche. Questi piccoli robot sono larghi solo 1,8 millimetri, 0,8 millimetri di spessore e pesano circa 5 milligrammi. La visione dei ricercatori: gli sciami di questi insetti elettronici potrebbero assumere l'inquinamento delle piante in agricoltura.
La sfida dell'atterraggio sicuro
Una delle maggiori sfide per i micro robot volanti è un atterraggio sicuro. A causa delle loro dimensioni ridotte e di un peso leggero, sono particolarmente suscettibili alle aria si agitano e alle instabilità, specialmente vicino al terreno.
Il problema di atterraggio del robobee
"Finora abbiamo spento il veicolo da terra in un atterraggio, abbiamo appena lasciato cadere e pregato che finisca e atterra in sicurezza", spiega Christian Chan, uno studente di dottorato del team di ricerca di Harvard. Questo atterraggio incontrollato era un rischio considerevole per gli attuatori piezoelettrici sensibili e le ali di filigrana del robot, che potrebbero essere facilmente danneggiate da un impatto.
Il problema è stato esacerbato dall'effetto del suolo così chiamato così chiamato -spostamento dell'aria che è innescato dalle ali che batte e conduce all'instabilità durante l'atterraggio. Queste sfide aerodinamiche rendono particolarmente difficile per i piccoli robot di volo finire in modo controllato.
Soluzione fondiaria ispirata a Schnaken
Per risolvere questo problema, gli scienziati dell'Università di Harvard hanno esaminato la Fly Crane (Schnake), un insetto con dimensioni simili al robobe. La Fly Crane è in grado di effettuare atterraggi eleganti su vari substrati, grazie alle loro gambe lunghe e flessibili che possono cuocere a vapore gli atterraggi.
Ispirato da questo modello naturale, il team ha sviluppato un nuovo sbarco per il Robobee: quattro gambe lunghe e flessibili, simili a quelle della fly della gru. Queste gambe sono abbastanza lunghe e flessibili da garantire che il terreno sia sicuro da terra prima che il corpo principale del robot sia influenzato dalla problematica turbolenza dell'aria.
Oltre ai miglioramenti meccanici, gli scienziati hanno anche adattato il controllo del volo del robot, orientandosi al comportamento di atterraggio del volo della gru. Questi accelerano da un volo galleggiante, quindi frenano verso il goal di atterraggio e si sono preparati con una bassa velocità di impatto. L'energia di impatto ancora esistente viene quindi registrata dall'area di atterraggio meccanica.
Tecniche di atterraggio alternative per micro -robot
Un'altra tecnologia di atterraggio ispirata agli insetti è stata sviluppata dai ricercatori dell'Università di Harvard per le versioni precedenti del Robobee. Mentre gli insetti reali usano spesso una sorta di adesivo per aderire alle superfici verticali, i ricercatori si basavano sull'attrazione elettrostatica per collegare il robot a un cuscinetto. Questo approccio richiede solo una piccola quantità di energia per riparare il robot di luce.
Un altro notevole sviluppo viene dall'Università di Aeronautica e Astronautica (NUAA) di Nanjing, dove i ricercatori hanno sviluppato un robot di insetti che combina le capacità di volo e arrampicata. Questo robot può atterrare su un muro verticale, arrampicarmi e decollare di nuovo - un'abilità che è stato in grado di dimostrare su materiali diversi come vetro, legno, marmo e persino corteccia di alberi.
Approcci biomimetici oltre la tecnologia di atterraggio
La natura ispira la robotica non solo nello sviluppo di tecniche di atterraggio, ma in numerosi aspetti dei microrobotici. Dai meccanismi di locomozione ai sistemi di detenzione per guidare i concetti: la natura offre un ricco serbatoio di soluzioni.
Sistemi di movimento avanzati
Un team di ricerca della Harvard University ha sviluppato un robot di micro insetti chiamato "Little Fury" con un "cazzo" artificiale ispirato ai cazzi salti. Questo robot può saltare un impressionante 1,4 metri, che corrisponde a 23 volte la sua lunghezza del corpo. Il meccanismo di salto si basa sulla "Furcula" dei cazzi che saltano che funzionano come una primavera tesa.
Al TU Ilmenau, i ricercatori del dipartimento biomechatronics hanno costruito un piccolo bruco robot, che è dotato del cosiddetto "geco-tape". Questo materiale è stato ispirato dai meccanismi adesivi di gechi, ragni e coleotteri, che possono funzionare su superfici verticali e persino sul soffitto senza fluidi adesivi.
Navigazione autonoma e comportamento dello sciame
Un'altra area importante della robotica biomimetica è la navigazione autonoma. Gli scienziati dell'Università svedese di Lund hanno sviluppato un concetto per un nuovo sistema di orientamento ai droni basato sul comportamento alternativo degli insetti. Le osservazioni hanno dimostrato che le api si basano sull'intensità della luce nella navigazione per evitare ostacoli.
I ricercatori in Ungheria hanno nuovamente trasferito il comportamento sciame degli insetti ai droni. Con l'aiuto di un algoritmo di recente sviluppo, fino a nove singoli aerei possono volare in formazione e quindi anche navigare in ambienti confusi come le città.
Adatto a:
Potenziale di applicazione e prospettive future
I micro -robot ispirati agli insetti promettono una varietà di applicazioni in diverse aree.
Agricoltura e monitoraggio ambientale
Una delle potenziali applicazioni più affascinanti è l'impollinazione artificiale. In considerazione del declino globale delle popolazioni di api, un giorno gli sciami di robobee potrebbero aiutare l'impollinazione delle piante. Inoltre, questi micro robot potrebbero essere utilizzati nel monitoraggio ambientale per raccogliere dati su condizioni ambientali inaccessibili ai droni più grandi.
Esplorazione e sollievo dal disastro
Grazie alle loro dimensioni ridotte, possono essere utilizzati robot micror ispirati agli insetti quando si esplorano stanze strette, edifici crollati o altri ambienti complessi. Nelle aree di disastro, è possibile fornire informazioni preziose senza mettere le persone in pericolo.
Applicazioni mediche
A lungo termine, i robot miniaturizzati potrebbero anche essere usati in campo medico. Sciame di piccoli robot potrebbero eventualmente effettuare diagnosi o addirittura fare trattamenti nel corpo umano.
Confini attuali e sviluppi futuri
Nonostante i progressi impressionanti, i robot Micror ispirati agli insetti stanno ancora affrontando notevoli sfide. Ad esempio, il robobee è ancora collegato a sistemi di controllo esterni per cavo, il che limita la sua mobilità. I ricercatori stanno lavorando su sensori in miniaturizzazione, controllo e fornitura di energia per poterli installarli direttamente nel robot di volo.
La miniaturizzazione di questi componenti è considerata la "tripla sacra graal" dei microrobotici e rappresenta enormi sfide tecniche. Tuttavia, la visione dei ricercatori è chiara: sciami completamente autonomi di micro robot che possono svolgere compiti complessi in vari ambienti.
Natura come ingegnere: progresso in microrobotici
I biomimetici hanno rivoluzionato lo sviluppo dei microrobotici consentendo agli ingegneri di beneficiare di milioni di anni di ottimizzazione evolutiva. I recenti progressi nelle tecniche di atterraggio ispirate agli insetti per micro -robot come il robobe dimostrano in modo impressionante il potenziale di questo approccio.
A causa dell'imitazione dei sistemi naturali, i ricercatori non solo sviluppano robot più efficienti e più robusti, ma ottengono anche preziose informazioni sui meccanismi biologici stessi. Come Alyssa Hernandez, post-dottorato e coautore dello studio Robobee, spiega: "Possiamo usare queste piattaforme robot per la ricerca e gli studi biologici, il test delle ipotesi biomeccaniche".
Il futuro della robotica biomimetica promette ulteriori sviluppi affascinanti, mentre i ricercatori continuano a attingere alla fonte inesauribile di ispirazione al fine di padroneggiare le sfide tecniche del nostro tempo. Il percorso dall'osservazione dei fenomeni naturali alla sua implementazione tecnica non è sempre facile, ma come mostra la storia di successo del Robobee, può portare a innovazioni innovative che hanno il potenziale per rivoluzionare numerose aree della nostra vita.
Adatto a:
Il tuo partner globale per il marketing e lo sviluppo aziendale
☑️ La nostra lingua commerciale è l'inglese o il tedesco
☑️ NOVITÀ: corrispondenza nella tua lingua nazionale!
Konrad Wolfenstein
Sarei felice di servire te e il mio team come consulente personale.
Potete contattarmi compilando il modulo di contatto o semplicemente chiamandomi al numero +49 89 89 674 804 (Monaco) . Il mio indirizzo email è: wolfenstein ∂ xpert.digital
Non vedo l'ora di iniziare il nostro progetto comune.
