公開：2025年4月20日 /更新：2025年4月20日 - 著者： Konrad Wolfenstein
Robobe and Co。を使用した微量軟化症の生体模倣体：昆虫の着陸技術がロボット工学を駆動する方法 - クリエイティブイメージ：Xpert.Digital
自然から計算：生体模倣体がロボット工学の限界をどのようにシフトするか
小さなヘルパー：昆虫ロボットは農業、医学などを征服します
自然は、数百万年にわたって複雑な課題のための顕著なソリューションを開発してきました。まさにこの自然システムの効率と優雅さが、高度なロボット技術の開発に科学者をますます刺激するようになっています。昆虫に触発された生体模倣体は、特に微量胞体の分野で、印象的なブレークスルーにつながりました。何よりも、スナックやミツバチなどの昆虫に触発されたマイクロロボットの着陸技術の最近の進歩は、自然が革新的な技術ソリューションの青写真としてどのように役立つかを印象的に示しています。
ロボット工学における生体模倣体の基本
Bionikとしても知られる生体模倣体は、自然から技術へのメカニズムと方法の体系的な伝達を説明しています。この学際的なアプローチは、材料科学、ロボット工学、再生可能エネルギー、医学、情報技術などの分野でますます観察されています。科学者は、自然を1対1でコピーする代わりに、根本的な原則を理解し、技術的なアプリケーションに適応させることに関心があります。
エンジニアは常に自然に触発されてきました、とイルメナウのバイオメカトロニクス部門の責任者であるハートムット・ウィッテは説明します。バイオニクスは、この関連性を促進および体系化するだけでなく、技術的な製品開発の基礎を拡大する方法として機能します。進化により、環境に完全に適応した生物が生産されており、テクノロジーの革新に貴重なロールモデルを提供するのは、まさにこれらの調整です。
生物学的原理をテクノロジーに移すと、真のバイオニクスは外部特性によって認識できないことが明らかになります、とウィッテは説明します。それは、外部形式の単なる模倣についてではなく、自然の中で完全に発展した機能的原則の適応についてです。
に適し：
昆虫にインスパイアされたマイクロロボット：ミニチュア形式の技術的な奇跡
サイズ、効率性、驚くべきスキルのため、昆虫はマイクロロボットの開発に理想的なロールモデルとして利用できます。彼女の高度に開発された飛行特性、移動メカニズム、適応スキルは、世界中の研究者にこれらの生物学的システムを技術的に再現するよう促しました。
ロボビー：ハーバードのフライングマイクロロボット
昆虫にインスパイアされたロボット工学の最も有名な例の1つは、ハーバード大学のロボビーです。この小さな飛行ロボットの重量はわずか10グラムで、わずか3センチの翼幅があります。ロボビーは、3つの主要な成分で構成されています。炭素繊維で作られたボディ、ウエハー - 薄い翼、および多くのインテリジェントセンサーで構成される「脳」です。
翼は圧電アクチュエーターを搭載しています。これは、電気エネルギーを動きに変換する人工筋肉の一種です。このテクノロジーにより、マイクロロボットは、本物の蜂などの複雑な操作を飛ばし、浮かび、実行できます。
昆虫に触発されたマイクロロボットのその他の例
カリフォルニア大学バークレー校で、エンジニアはさらに小さな昆虫にインスパイアされた飛行ロボットを開発しました。直径は1 cm未満で、重量はわずか21 mgであるため、制御された方法で飛行できるのは、世界で最小のワイヤレスロボットです。ただし、Robobeeとは異なり、このロボットは外部磁場をドライブとコントロールとして使用します。
ジョージア工科大学のBionik研究者は、アリの行動を模倣するマイクロロボットを順番に開発しました。これらの小さなロボットは、幅がわずか1.8ミリメートル、厚さは0.8ミリメートルで、重量は約5ミリグラムです。研究者のビジョン：これらの電子昆虫の群れは、農業における植物の受粉を引き継ぐことができました。
安全な着陸の挑戦
飛行マイクロロボットの最大の課題の1つは、安全な着陸です。サイズと軽量のため、特に地面の近くで、空気の炎と不安定性の影響を特に受けやすくなっています。
ロボベビーの着陸問題
「これまでのところ、私たちは着陸時に地面に車両をオフにしており、それを落とし、それが終わるように祈り、安全に着陸することを祈りました」とハーバード大学の研究チームの博士課程の学生であるクリスチャン・チャンは説明します。この制御されていない着陸は、敏感な圧電アクチュエーターとロボットの繊細な翼にとってかなりのリスクであり、衝撃によって簡単に損傷する可能性があります。
この問題は、So -Calcled So -Calced Soil Effect - The Beating Wingsによって引き起こされ、着陸時に不安定につながる空気変位によって悪化しました。これらの空力的課題により、小さなフライトロボットが制御された方法で終わることは特に困難です。
シュナケンに触発された土地ソリューション
この問題を解決するために、ハーバード大学の科学者は、ロボと同様の寸法の昆虫であるクレーンフライ（シュナケ）を見ました。クレーンフライは、着陸を蒸すことができる長く柔軟な脚のおかげで、さまざまな基板にエレガントな着陸を行うことができます。
この自然なモデルに触発されたチームは、クレーンフライのものと同様に、ロボビーの新しいランディングステルを開発しました。これらの脚は、ロボットの本体が問題のある空気乱流の影響を受ける前の地面から地面が地面から安全であることを保証するのに十分な長く柔軟です。
機械的な改善に加えて、科学者はロボットの飛行制御を適応させ、クレーン飛行の着陸挙動に向けました。これらはフローティングフライトから加速し、着陸ゴールに向かってブレーキをかけ、衝撃速度が低い状態でセットアップされます。まだ既存の衝撃エネルギーは、機械的な着陸エリアによって記録されます。
マイクロロボットの代替着陸技術
昆虫に触発されたもう1つの着陸技術は、ロボビーの以前のバージョンのためにハーバード大学の研究者によって開発されました。実際の昆虫はしばしば一種の接着剤を使用して垂直表面に接着しますが、研究者はロボットをパッドに取り付けるために静電誘引に依存していました。このアプローチでは、光ロボットを固定するために少量のエネルギーが必要です。
もう1つの顕著な発展は、航空宇宙宇宙宇宙会（NUAA）の南京大学から来ています。そこでは、研究者が飛行と登山のスキルを組み合わせた昆虫ロボットを開発しました。このロボットは、垂直の壁に着地し、それに沿って登って再び離陸することができます - ガラス、木材、大理石、さらには木の樹皮などのさまざまな素材でデモを行うことができたスキル。
ランディングテクノロジーを超えて生体模倣アプローチ
Natureは、着陸技術の開発だけでなく、微量軟化症の多くの側面においてロボット工学を刺激します。移動メカニズムから拘留システムまで、概念を促進するために - 自然はソリューションの豊富な貯水池を提供します。
高度なムーブメントシステム
ハーバード大学の研究チームは、ジャンプコックに触発された人工「コック」を備えた「リトルフューリー」と呼ばれるマイクロ昆虫ロボットを開発しました。このロボットは、その体の長さの23倍に対応する印象的な1.4メートルにジャンプできます。ジャンプメカニズムは、緊張した春のように機能するジャンプコックの「フルキュラ」に基づいています。
Tu Ilmenauでは、Biomechatronics部門の研究者が小さなロボットの毛虫を建設しました。この材料は、ヤモリ、クモ、カブトムシの接着メカニズムに触発され、垂直の表面、さらには接着液のない天井でさえ走ることができます。
自律的なナビゲーションと群れの動作
生体模倣ロボット工学のもう1つの重要な領域は、自律的なナビゲーションです。スウェーデンのルンド大学の科学者は、昆虫の代替行動に基づいた新しいドローン方向システムの概念を開発しました。観察結果は、ミツバチが障害を避けるためにナビゲーションの光強度に基づいていることを示しています。
ハンガリーの研究者は再び昆虫の群れの行動をドローンに移しました。新しく開発されたアルゴリズムの助けを借りて、最大9つの個々の航空機が形成されて飛ぶことができ、したがって都市などの混乱する環境でもナビゲートできます。
に適し：
アプリケーションの可能性と将来の見通し
昆虫に触発されたマイクロロボットは、さまざまな地域のさまざまな用途を約束しています。
農業と環境監視
最も魅力的な潜在的なアプリケーションの1つは、人工受粉です。ミツバチの個体群の世界的な減少を考慮して、屋根の群れはいつか植物の受粉を助けることができました。さらに、これらのマイクロロボットは、環境監視で使用して、より大きなドローンにアクセスできない環境条件に関するデータを収集できます。
探検と災害救援
小型のサイズのおかげで、昆虫に触発されたマイクロロボットを使用すると、狭い部屋、崩壊した建物、またはその他の複雑な環境を探索する際に使用できます。災害地域では、人々を危険にさらすことなく貴重な情報を提供できます。
医療アプリケーション
長期的には、小型化されたロボットは医療分野でも使用できます。小さなロボットの群れは、おそらく診断を実行したり、人体で治療を行うこともできます。
現在の境界と将来の開発
印象的な進歩にもかかわらず、昆虫に触発されたマイクロロボットはまだかなりの課題に直面しています。たとえば、Robobeeはまだケーブルによって外部制御システムに接続されており、モビリティが制限されています。研究者は、飛行ロボットに直接設置できるように、小型化センサー、制御、エネルギーの供給に取り組んでいます。
これらのコンポーネントの小型化は、微or軟化症の「三重の神聖な聖杯」と見なされており、大きな技術的課題を表しています。それにもかかわらず、研究者のビジョンは明らかです。さまざまな環境で複雑なタスクを実行できるマイクロロボットの完全に自律的な群れです。
エンジニアとしての自然：微小植物学の進歩
生体模倣物は、エンジニアが何百万年もの進化的最適化から利益を得ることができるようにすることにより、微量軟化症の開発に革命をもたらしました。屋根などのマイクロロボットの昆虫に触発された着陸技術の最近の進歩は、このアプローチの可能性を印象的に示しています。
自然システムの模倣により、研究者はより効率的で堅牢なロボットを開発するだけでなく、生物学的メカニズム自体についての貴重な洞察を得ることもできます。 Robobee Studyのポスドク兼共著者であるAlyssa Hernandezのように、「生物学的研究と研究のためにこれらのロボットプラットフォームを使用して、生体力学的仮説テストを使用できます。」
生体模倣ロボット工学の将来は、さらに魅力的な開発を約束しますが、研究者は私たちの時代の技術的課題を習得するために、尽きることのないインスピレーションの源を利用し続けています。自然現象の観察から技術的実装への道は必ずしも容易ではありませんが、ロボビーのサクセスストーリーが示すように、私たちの生活の多くの領域に革命をもたらす可能性を秘めた画期的な革新につながる可能性があります。
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