출판 : 2025 년 4 월 20 일 / 업데이트 : 2025 년 4 월 20 일 - 저자 : Konrad Wolfenstein
Robobe and Co.를 사용한 미생물학의 생체 모방 : 곤충의 착륙 기술이 로봇 공학을 구동하는 방법 - 창의적 이미지 : Xpert.Digital
자연에서 계산 : 생체 모방이 로봇 공학의 한계를 이동시키는 방법
작은 도우미 : 곤충 로봇은 농업, 의학 등을 정복합니다
Nature는 수백만 년에 걸쳐 복잡한 도전을위한 놀라운 솔루션을 개발했습니다. 고급 로봇 기술을 개발하는 데 과학자들에게 점점 더 영감을주는 것은 자연 시스템의 효율성과 우아함입니다. 곤충에서 영감을 얻은 생체 모방은 특히 미세 혈관학 분야에서 인상적인 돌파구를 이끌어 냈습니다. 무엇보다도, 스낵과 꿀벌과 같은 곤충에서 영감을 얻은 마이크로 로봇을위한 상륙 기술의 최근 진보는 자연이 어떻게 혁신적인 기술 솔루션의 청사진 역할을 할 수 있는지 인상적으로 보여줍니다.
로봇 공학의 생체 모방의 기초
Bionik이라고도하는 생체 모방은 자연에서 기술로 메커니즘과 방법의 체계적인 전달을 설명합니다. 이 학제 간 접근 방식은 물질 과학, 로봇 공학, 재생 에너지, 의학 및 정보 기술과 같은 분야에서 점점 더 관찰되고 있습니다. 과학자들은 자연을 일시일로 복사하는 대신 기본 원리를 이해하고 기술 응용 프로그램에 적응하는 데 관심이 있습니다.
엔지니어들은 항상 자연에서 영감을 받았다고 Ilmenau의 Biomechatronics Department 책임자 인 Hartmut Witte는 설명합니다. Bionics는이 협회를 홍보하고 체계화 할뿐만 아니라 기술 제품 개발의 기초를 확장하는 방법으로 작용합니다. Evolution은 환경에 완벽하게 적응 한 유기체를 생산했으며, 기술 혁신을위한 귀중한 역할 모델을 제공하는 것은 이러한 조정입니다.
생물학적 원리를 기술로 이전 할 때, 진정한 바이오닉스는 외부 특성으로 인식 할 수 없다는 것이 분명해 졌다고 Witte는 설명했다. 그것은 외부 형태의 단순한 모방에 관한 것이 아니라 본질적으로 완벽하게 발전한 기능 원리의 적응에 관한 것이다.
적합:
곤충에서 영감을 얻은 마이크로 로봇 : 미니어처 형식의 기술적 기적
크기, 효율성 및 놀라운 기술로 인해 곤충은 마이크로 로봇 개발을위한 이상적인 역할 모델로 제공됩니다. 그녀의 고도로 발전된 비행 특성, 운동 메커니즘 및 적응 기술은 전 세계적으로 연구원들이 기술적으로 이러한 생물학적 시스템을 재현하도록 영감을주었습니다.
로보비 : 하버드의 플라잉 마이크로 로봇
곤충에서 영감을 얻은 로봇 공학의 가장 잘 알려진 사례 중 하나는 하버드 대학교의 로보비입니다. 이 작은 비행 로봇의 무게는 10 그램에 불과하며 날개 길이는 3 센티미터입니다. Robobee는 탄소 섬유로 만든 본체, 웨이퍼 얇은 날개 및 "뇌"의 세 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다.
날개는 전기 에너지를 움직이는 일종의 인공 근육 인 압전 액추에이터로 구동됩니다. 이 기술을 통해 마이크로 로봇은 실제 꿀벌과 같은 복잡한 기동을 날고, 떠 다니고, 수행 할 수 있습니다.
곤충에서 영감을 얻은 마이크로 로봇의 더 많은 예
버클리 캘리포니아 대학교에서 엔지니어들은 더 작은 곤충에서 영감을 얻은 비행 로봇을 개발했습니다. 직경이 1cm 미만이고 무게는 21mg에 불과하며, 세계에서 가장 작은 무선 로봇으로 제어 된 방식으로 날 수 있습니다. 그러나 Robobee와 달리이 로봇은 외부 자기장을 드라이브 및 컨트롤로 사용합니다.
Georgia Institute of Technology의 Bionik 연구원들은 개미의 행동을 모방하는 마이크로 로봇을 개발했습니다. 이 작은 로봇의 너비는 1.8 밀리미터, 두께는 0.8 밀리미터이며 무게는 약 5 밀리그램입니다. 연구원의 비전 :이 전자 곤충의 떼는 농업에서 식물의 수분을 인수 할 수 있습니다.
안전한 착륙의 도전
비행 마이크로 로봇의 가장 큰 과제 중 하나는 안전한 착륙입니다. 작은 크기와 가벼운 무게로 인해 특히 지상 근처에서 공기가 피고 불안정성이 높습니다.
Robobebee의 착륙 문제
하버드 리서치 팀의 박사 학위 학생 인 크리스티안 찬 (Christian Chan)은“지금까지 우리는 착륙에서 지상에 차량을 끄고 방금 떨어 뜨려 끝나고 안전하게 착륙하기를기도했다. 이 통제되지 않은 착륙은에 민감한 압전 액추에이터와 로봇의 선조 날개에 상당한 위험이었으며, 이는 충격으로 쉽게 손상 될 수 있습니다.
이 문제는 너무나도 차가워진 토양 효과 -공기 변위에 의해 악화 될 때 불안정성을 초래하는 공기 변위에 의해 악화되었습니다. 이러한 공기 역학적 문제로 인해 작은 비행 로봇이 통제 된 방식으로 끝나기가 특히 어렵습니다.
Schnaken에서 영감을 얻은 토지 솔루션
이 문제를 해결하기 위해 하버드 대학교 (Harvard University)의 과학자들은 로베와 비슷한 차원을 가진 곤충 인 크레인 플라이 (Schnake)를 보았습니다. 크레인 파리는 착륙 할 수있는 길고 유연한 다리 덕분에 다양한 기판에 우아한 착륙을 수행 할 수 있습니다.
이 자연 모델에서 영감을 얻은 팀은 크레인 플라이와 비슷한 4 개의 길고 유연한 다리를 Robobee의 새로운 착륙성을 개발했습니다. 이 다리는 로봇의 본체가 문제가있는 공기 난기류의 영향을 받기 전에 땅이 땅에서 안전 할 정도로 길고 유연합니다.
과학자들은 기계적 개선 외에도 로봇의 비행 제어를 조정하여 크레인 비행의 착륙 행동을 방향으로 향했다. 이들은 떠 다니는 비행에서 가속화 한 다음 착륙 목표를 향해 브레이크하고 충격 속도가 낮은 상태로 설정합니다. 여전히 기존의 충격 에너지는 기계적 착륙 면적에 의해 기록됩니다.
마이크로 로봇을위한 대체 착륙 기술
곤충에서 영감을 얻은 또 다른 착륙 기술은 하버드 대학교 (Harvard University)의 연구원들이 이전 버전의 Robobee를 위해 개발했습니다. 실제 곤충은 종종 수직 표면을 준수하기 위해 일종의 접착제를 사용하지만 연구자들은 로봇을 패드에 부착하기 위해 정전기 인력에 의존했습니다. 이 접근법은 가벼운 로봇을 고정하기 위해 소량의 에너지 만 있으면됩니다.
또 다른 놀라운 발전은 Nanjing University of Aeronautics & Astronautics (NUAA)에서 비롯된 것으로, 연구원들은 비행 및 등산 기술을 결합한 곤충 로봇을 개발했습니다. 이 로봇은 수직 벽에 착륙하여 그를 따라 올라가서 다시 이륙 할 수 있습니다. 유리, 나무, 대리석, 심지어 나무 껍질과 같은 다양한 재료에서 시연 할 수있는 기술입니다.
착륙 기술을 넘어서 생체 모방 적 접근
Nature는 착륙 기술의 발달뿐만 아니라 미세 로비 틱의 수많은 측면에서 로봇 공학을 고무시킵니다. 운동 메커니즘에서 구금 시스템에 이르기까지 개념을 추진 - 자연은 풍부한 솔루션을 제공합니다.
고급 운동 시스템
하버드 대학교 리서치 팀은 점프 콕에서 영감을 얻은 인공적인 "수탉"과 함께 "Little Fury"라는 마이크로 곤충 로봇을 개발했습니다. 이 로봇은 인상적인 1.4 미터를 뛰어 넘을 수 있으며, 이는 신체 길이의 23 배에 해당합니다. 점프 메커니즘은 긴장된 스프링처럼 작동하는 점프 자지의 "furcula"를 기반으로합니다.
Tu Ilmenau에서 Biomechatronics Department의 연구원들은 소위 "Gecko-Tape"가 장착 된 작은 로봇 애벌레를 만들었습니다. 이 재료는 수직 표면과 접착제 유체없이 천장에서도 실행될 수있는 도마뱀, 거미 및 딱정벌레의 접착제 메커니즘에서 영감을 얻었습니다.
자율 탐색 및 떼 행동
생체 모방 로봇 공학의 또 다른 중요한 영역은 자율 내비게이션입니다. 스웨덴 룬드 대학교 (University of Lund)의 과학자들은 곤충의 대체 행동을 기반으로 새로운 드론 오리엔테이션 시스템에 대한 개념을 개발했습니다. 관찰 결과에 따르면 꿀벌은 장애물을 피하기 위해 내비게이션의 빛 강도에 기초한다는 것을 보여 주었다.
헝가리의 연구원들은 다시 곤충의 떼 행동을 드론으로 옮겼습니다. 새로 개발 된 알고리즘의 도움으로 최대 9 개의 개별 항공기가 설립되어 도시와 같은 혼란스러운 환경에서 탐색 할 수 있습니다.
적합:
응용 프로그램 잠재력 및 향후 전망
곤충에서 영감을 얻은 마이크로 로봇은 다른 지역에서 다양한 응용을 약속합니다.
농업 및 환경 모니터링
가장 매혹적인 잠재적 응용 중 하나는 인공 수분입니다. 꿀벌 인구의 세계적인 쇠퇴를 고려하여 로보비아의 떼는 언젠가 식물의 수분을 도울 수 있습니다. 또한이 마이크로 로봇은 환경 모니터링에 사용하여 더 큰 드론에 접근 할 수없는 환경 조건에 대한 데이터를 수집 할 수 있습니다.
탐사 및 재난 구호
작은 크기 덕분에 좁은 방, 붕괴 된 건물 또는 기타 복잡한 환경을 탐험 할 때 곤충에서 영감을 얻은 마이크로 로봇을 사용할 수 있습니다. 재난 지역에서는 사람들을 위험에 빠뜨리지 않고 귀중한 정보를 제공 할 수 있습니다.
의료 응용 프로그램
장기적으로는 의료 분야에서 소형 로봇을 사용할 수도 있습니다. 작은 로봇의 떼는 진단을 수행하거나 인체에서 치료할 수도 있습니다.
현재 경계와 미래 개발
인상적인 진보에도 불구하고 곤충에서 영감을 얻은 마이크로 로봇은 여전히 상당한 도전에 직면하고 있습니다. 예를 들어, Robobee는 여전히 케이블로 외부 제어 시스템에 연결되어있어 이동성을 제한합니다. 연구원들은 비행 로봇에 직접 설치할 수 있도록 센서, 제어 및 에너지 공급을 위해 노력하고 있습니다.
이들 성분의 소형화는 미세 혈관의 "트리플 신성한 성배"로 간주되며 엄청난 기술적 문제를 나타낸다. 그럼에도 불구하고, 연구원들의 비전은 분명합니다. 다양한 환경에서 복잡한 작업을 수행 할 수있는 마이크로 로봇의 완전히 자율적 인 떼.
엔지니어로서의 자연 : 미세 혈관의 진보
생체 모방은 엔지니어가 수백만 년의 진화 적 최적화로부터 혜택을받을 수있게함으로써 미세 로보 틱스의 발달에 혁명을 일으켰다. Robobe와 같은 마이크로 로봇을위한 곤충에서 영감을 얻은 착륙 기술의 최근 진보는이 접근법의 잠재력을 인상적으로 보여줍니다.
자연 시스템의 모방으로 인해 연구원들은보다 효율적이고 강력한 로봇을 개발할뿐만 아니라 생물학적 메커니즘 자체에 대한 귀중한 통찰력을 얻습니다. Robobee Study의 박사후 연구원이자 공동 저자 인 Alyssa Hernandez와 마찬가지로 다음과 같이 설명합니다.“우리는이 로봇 플랫폼을 생물학적 연구 및 연구, 생체 역학 가설 테스트에 사용할 수 있습니다.”라고 설명합니다.
생체 모방 로봇 공학의 미래는 더 매혹적인 발전을 약속하는 반면, 연구자들은 우리 시대의 기술적 인 도전을 습득하기 위해 끝없는 영감의 원천을 계속 활용하고 있습니다. 자연 현상의 관찰에서 기술 구현으로의 경로는 항상 쉬운 것은 아니지만 Robobee의 성공 사례가 보여 주듯이, 우리 삶의 수많은 영역에 혁명을 일으킬 수있는 혁신적인 혁신으로 이어질 수 있습니다.
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