Gepubliceerd op: 20 april 2025 / UPDATE VAN: 20 april 2025 - Auteur: Konrad Wolfenstein
Biomimetica in microrobotica met Robobe and Co.: How Landing Techniques of Insects Drive Robotics - Creative Image: Xpert.Digital
Berekend uit de natuur: hoe de biomimetiek de grenzen van robotica verlegt
Kleine helpers: insectenrobots veroveren landbouw, geneeskunde en meer
De natuur heeft opmerkelijke oplossingen ontwikkeld voor complexe uitdagingen gedurende miljoenen jaren. Het is precies deze efficiëntie en elegantie van natuurlijke systemen die wetenschappers in toenemende mate inspireren bij het ontwikkelen van geavanceerde robottechnologieën. De biomimetica geïnspireerd door insecten heeft geleid tot indrukwekkende doorbraken, met name op het gebied van microrobotica. Bovenal laten de recente vooruitgang in landingstechnieken voor micro -robots, geïnspireerd door insecten zoals snacks en bijen, indrukwekkend zien hoe de natuur kan dienen als een blauwdruk voor innovatieve technische oplossingen.
Basics van biomimetica in robotica
Biomimetica, ook bekend als Bionik, beschrijft de systematische transmissie van mechanismen en methoden van natuur naar technologie. Deze interdisciplinaire aanpak wordt steeds meer waargenomen op gebieden zoals materiële wetenschappen, robotica, hernieuwbare energie, geneeskunde en informatietechnologie. In plaats van de natuur één op één te kopiëren, houden de wetenschappers zich bezig met het begrijpen van de onderliggende principes en het aanpassen ervan voor technische toepassingen.
Ingenieurs zijn altijd geïnspireerd door de natuur, legt Hartmut Witte uit, hoofd van de afdeling Biomechatronics bij Ilmenau. Bionics dient als een methode om niet alleen deze associatie te promoten en te systematiseren, maar ook om de basis voor technische productontwikkelingen uit te breiden. Evolutie heeft organismen geproduceerd die zich perfect hebben aangepast aan hun omgeving, en het zijn precies deze aanpassingen die waardevolle rolmodellen bieden voor innovaties in technologie.
Bij het overbrengen van biologische principes naar technologie wordt duidelijk dat echte bionica niet herkenbaar zijn door externe kenmerken, legt Witte uit. Het gaat niet om de loutere imitatie van de externe vorm, maar over de aanpassing van de functionele principes die zijn ontwikkeld tot perfectie in de natuur.
Geschikt hiervoor:
Insect -geïnspireerde micror robots: technische wonderen in miniatuurformaat
Vanwege hun grootte, efficiëntie en verbazingwekkende vaardigheden zijn insecten beschikbaar als ideale rolmodellen voor de ontwikkeling van micro -robots. Haar sterk ontwikkelde vluchtkenmerken, voortbewegingsmechanismen en aanpassingsvaardigheden hebben onderzoekers wereldwijd geïnspireerd om deze biologische systemen technisch te reproduceren.
Robobee: Harvard's Flying Micro Robot
Een van de bekendste voorbeelden van insecten -geïnspireerde robotica is de Robobee aan de Harvard University. Deze kleine vliegende robot weegt slechts een tiende gram en heeft een spanwijdte van slechts 3 centimeter. De RoboBee bestaat uit drie hoofdcomponenten: het lichaam gemaakt van koolstofvezel, de wafel -dunne vleugels en de "hersenen", die bestaat uit een aantal intelligente sensoren.
De vleugels worden aangedreven door piëzo -elektrische actuatoren - een soort kunstmatige spieren die elektrische energie omzetten in beweging. Met deze technologie kan de micro -robot complexe manoeuvres vliegen, drijven en uitvoeren, zoals een echte bij.
Meer voorbeelden van insect -geïnspireerde micro -robots
Aan de Universiteit van Californië, Berkeley, hebben ingenieurs een nog kleinere insect -geïnspireerde vluchtrobot ontwikkeld. Met een diameter van minder dan 1 cm en een gewicht van slechts 21 mg, is het de kleinste draadloze robot ter wereld die op een gecontroleerde manier kan vliegen. In tegenstelling tot de Robobee, gebruikt deze robot echter externe magnetische velden als een aandrijving en controle.
Bionik-onderzoekers van het Georgia Institute of Technology hebben op hun beurt micro-robots ontwikkeld die het gedrag van mieren nabootsen. Deze kleine robots zijn slechts 1,8 millimeter breed, 0,8 millimeter dik en wegen ongeveer 5 milligram. De visie van de onderzoekers: zwermen van deze elektronische insecten kunnen de bestuiving van planten in de landbouw overnemen.
De uitdaging van veilige landing
Een van de grootste uitdagingen voor het vliegen van micro -robots is een veilige landing. Vanwege hun kleine formaat en lichtgewicht zijn ze bijzonder vatbaar voor luchtflailing en instabiliteiten, vooral in de buurt van de grond.
Het landingsprobleem van de RobobeBee
"Tot nu toe hebben we het voertuig over de grond in een landing uitgeschakeld, het net laten vallen en hebben gebeden dat het terechtkomt en veilig landt", legt Christian Chan, een doctoraatsstudent in het onderzoeksteam van Harvard. Deze ongecontroleerde landing was een aanzienlijk risico voor de gevoelige piëzo -elektrische actuatoren en filigraanvleugels van de robot, die gemakkelijk door een impact kunnen worden beschadigd.
Het probleem werd verergerd door het zo -aangedemde zo -aangedekte grondeffect -luchtverplaatsing die worden geactiveerd door de kloppende vleugels en leiden tot instabiliteit tijdens het landen. Deze aerodynamische uitdagingen maken het voor kleine vluchtrobots bijzonder moeilijk om op een gecontroleerde manier te eindigen.
Landoplossing geïnspireerd door Schnaken
Om dit probleem op te lossen, keken de wetenschappers van Harvard University naar de Crane Fly (Schnake), een insect met vergelijkbare dimensies als de Robobe. De Crane Fly kan elegante landingen uitvoeren op verschillende substraten, dankzij hun lange, flexibele benen die landingen kunnen stomen.
Geïnspireerd door dit natuurlijke model, ontwikkelde het team een nieuwe landingsster voor de Robobee: vier lange, flexibele benen, vergelijkbaar met die van de kraanvlieg. Deze benen zijn lang en flexibel genoeg om ervoor te zorgen dat de grond veilig is voor de grond voordat het hoofdlichaam van de robot wordt beïnvloed door de problematische luchtturbulentie.
Naast de mechanische verbeteringen hebben de wetenschappers ook de vluchtcontrole van de robot aangepast, waardoor ze zich richtten op het landingsgedrag van kraanvliegen. Deze versnellen van een drijvende vlucht en remmen vervolgens naar het landingsdoel en zetten zich op met een lage impactsnelheid. De nog steeds bestaande impactsenergie wordt vervolgens geregistreerd door het mechanische landingsgebied.
Alternatieve landingstechnieken voor micro -robots
Een andere landingstechnologie geïnspireerd door insecten is ontwikkeld door onderzoekers van Harvard University voor eerdere versies van de Robobee. Hoewel echte insecten vaak een soort lijm gebruiken om zich aan verticale oppervlakken te hechten, vertrouwden de onderzoekers op elektrostatische aantrekkingskracht om de robot aan een kussen te bevestigen. Deze benadering vereist slechts een kleine hoeveelheid energie om de lichte robot te repareren.
Een andere opmerkelijke ontwikkeling komt van de Nanjing University of Aeronautics & Astronautics (NUAA), waar onderzoekers een insectenrobot hebben ontwikkeld die vlucht- en klimvaardigheden combineert. Deze robot kan op een verticale muur landen, erover klimmen en weer opstijgen - een vaardigheid die hij kon demonstreren op verschillende materialen zoals glas, hout, marmer en zelfs boomschors.
Biomimetische benaderingen voorbij landingstechnologie
De natuur inspireert robotica niet alleen in de ontwikkeling van landingstechnieken, maar ook in tal van aspecten van microrobotica. Van voortbewegingsmechanismen tot detentiesystemen om concepten te stimuleren - de natuur biedt een rijk reservoir met oplossingen.
Geavanceerde bewegingssystemen
Een onderzoeksteam van Harvard University heeft een micro -insectenrobot ontwikkeld genaamd "Little Fury" met een kunstmatige "pik" geïnspireerd door springende pikken. Deze robot kan indrukwekkend 1,4 meter springen, wat overeenkomt met 23 keer zijn lichaamslengte. Het springmechanisme is gebaseerd op de "furcula" van de springpikken die werken als een gespannen veer.
Bij de Tu Ilmenau hebben onderzoekers van de afdeling Biomechatronics een kleine robotringring gebouwd, die is uitgerust met de zogenaamde "Gecko-Tape". Dit materiaal werd geïnspireerd door de lijmmechanismen van gekko's, spinnen en kevers, die op verticale oppervlakken en zelfs op het plafond kunnen draaien zonder lijmvloeistoffen.
Autonome navigatie en zwermgedrag
Een ander belangrijk gebied van biomimetische robotica is autonome navigatie. Wetenschappers van de Zweedse Universiteit van Lund hebben een concept ontwikkeld voor een nieuw drone -oriëntatiesysteem op basis van het alternatieve gedrag van insecten. De observaties hebben aangetoond dat bijen gebaseerd zijn op de lichtintensiteit in navigatie om obstakels te voorkomen.
Onderzoekers in Hongarije hebben opnieuw het zwermgedrag van insecten overgedragen aan drones. Met behulp van een nieuw ontwikkeld algoritme kunnen maximaal negen individuele vliegtuigen in vorming vliegen en dus ook navigeren in verwarrende omgevingen zoals steden.
Geschikt hiervoor:
Toepassingspotentieel en toekomstperspectieven
De micro -robots geïnspireerd door insecten beloven een verscheidenheid aan toepassingen in verschillende gebieden.
Landbouw en milieumonitoring
Een van de meest fascinerende potentiële toepassingen is kunstmatige bestuiving. Gezien de wereldwijde achteruitgang van bijenpopulaties, kunnen zwermen robobees op een dag bestuiving van planten helpen. Bovendien kunnen deze micro -robots worden gebruikt in omgevingsmonitoring om gegevens te verzamelen over omgevingscondities die niet toegankelijk zijn voor grotere drones.
Verkenning en rampenbestrijding
Dankzij hun kleine formaat kunnen insecten -geïnspireerde micror -robots worden gebruikt bij het verkennen van smalle kamers, ingestorte gebouwen of andere complexe omgevingen. In rampengebieden kunt u waardevolle informatie verstrekken zonder mensen in gevaar te brengen.
Medische toepassingen
Op de lange termijn kunnen geminiaturiseerde robots zelfs op medisch gebied worden gebruikt. Zwermen van kleine robots kunnen mogelijk diagnoses uitvoeren of zelfs behandelingen in het menselijk lichaam maken.
Huidige grenzen en toekomstige ontwikkelingen
Ondanks de indrukwekkende vooruitgang staan insect -geïnspireerde microrrobots nog steeds voor aanzienlijke uitdagingen. De RoboBee is bijvoorbeeld nog steeds verbonden met externe besturingssystemen per kabel, wat de mobiliteit ervan beperkt. De onderzoekers werken aan miniaturerende sensoren, controle en energievoorziening om ze rechtstreeks in de vluchtrobot te kunnen installeren.
De miniaturisatie van deze componenten wordt beschouwd als de "drievoudige heilige graal" van microrobotica en vertegenwoordigt enorme technische uitdagingen. Desalniettemin is de visie van de onderzoekers duidelijk: volledig autonome zwermen micro -robots die complexe taken in verschillende omgevingen kunnen uitvoeren.
Natuur als ingenieur: vooruitgang in microrobotica
Biomimetica hebben een revolutie teweeggebracht in de ontwikkeling van microrobotica door ingenieurs in staat te stellen te profiteren van miljoenen jaren van evolutionaire optimalisatie. De recente vooruitgang in insect -geïnspireerde landingstechnieken voor micro -robots zoals de Robobe demonstreren indrukwekkend het potentieel van deze aanpak.
Vanwege de imitatie van natuurlijke systemen ontwikkelen onderzoekers niet alleen efficiëntere en robuustere robots, maar krijgen ook waardevolle inzichten in de biologische mechanismen zelf. Net als Alyssa Hernandez, postdoctor en co-auteur van de RoboBee-studie, legt uit: "We kunnen deze robotplatforms gebruiken voor biologisch onderzoek en studies, de biomechanische hypothesen-test."
De toekomst van biomimetische robotica belooft verdere fascinerende ontwikkelingen, terwijl onderzoekers blijven gebruikmaken van de onuitputtelijke bron van inspiratie om de technische uitdagingen van onze tijd onder de knie te krijgen. Het pad van de observatie van natuurlijke fenomenen tot de technische implementatie ervan is niet altijd eenvoudig, maar zoals het succesverhaal van de Robobee laat zien, kan het leiden tot baanbrekende innovaties die het potentieel hebben om een revolutie teweeg te brengen in verschillende gebieden van ons leven.
Geschikt hiervoor:
Uw wereldwijde partner voor marketing en bedrijfsontwikkeling
☑️ onze zakelijke taal is Engels of Duits
☑️ Nieuw: correspondentie in uw nationale taal!
Konrad Wolfenstein
Ik ben blij dat ik beschikbaar ben voor jou en mijn team als een persoonlijk consultant.
U kunt contact met mij opnemen door het contactformulier hier in te vullen of u gewoon te bellen op +49 89 674 804 (München) . Mijn e -mailadres is: Wolfenstein ∂ Xpert.Digital
Ik kijk uit naar ons gezamenlijke project.
