Opublikowano: 20 kwietnia 2025 / Aktualizacja od: 20 kwietnia 2025 r. - Autor: Konrad Wolfenstein
Biomimetyka w mikrorobotyce z Robobe i CO.: Jak techniki lądowania owadów napędzają robotykę - kreatywny obraz: xpert.digital
Obliczone z natury: jak biomimetyka zmienia granice robotyki
Małe pomocnicy: roboty owadów pokonują rolnictwo, medycynę i inne
Natura opracowała niezwykłe rozwiązania dla złożonych wyzwań w ciągu milionów lat. Właśnie ta wydajność i elegancja naturalnych systemów coraz bardziej inspirują naukowców do opracowywania zaawansowanych technologii robotów. Biomimetyka inspirowana owadami doprowadziła do imponujących przełomów, szczególnie w dziedzinie mikrorobotyków. Przede wszystkim niedawne postępy w technikach lądowania dla mikrokrobów, które są inspirowane owadami, takimi jak przekąski i pszczoły, imponująco pokazują, w jaki sposób natura może służyć jako plan innowacyjnych rozwiązań technicznych.
Podstawy biomimetyki w robotyce
Biomimetyka, znana również jako Bionik, opisuje systematyczne przekazywanie mechanizmów i metod od natury na technologię. To interdyscyplinarne podejście staje się coraz bardziej obserwowane w takich obszarach, jak nauki materialne, robotyka, energia odnawialna, medycyna i technologia informacyjna. Zamiast kopiować naturę od jednego do jednego, naukowcy zajmują się zrozumieniem podstawowych zasad i dostosowywanie ich do zastosowań technicznych.
Inżynierowie zawsze byli inspirowani przez naturę, wyjaśnia Hartmut Witte, szef działu biomechatroniki w Ilmenau. Bionics służy jako metoda nie tylko promowania i systematyzacji tego stowarzyszenia, ale także rozszerzenia podstaw dla technicznych rozwoju produktów. Ewolucja wyprodukowała organizmy, które doskonale dostosowały się do ich środowiska, i właśnie te korekty zapewniają cenne wzorce do naśladowania dla innowacji w technologii.
Przenosząc zasady biologiczne do technologii, staje się jasne, że prawdziwa bionika nie jest rozpoznawalna przez cechy zewnętrzne, wyjaśnia Witte. Nie chodzi o zwykłą naśladowanie formy zewnętrznej, ale o adaptację zasad funkcjonalnych, które zostały rozwinięte w naturę perfekcyjną.
Nadaje się do:
Inspirowane owadami roboty mikrorowe: cuda techniczne w formacie miniaturowym
Ze względu na ich rozmiar, wydajność i niesamowite umiejętności, owady są dostępne jako idealne wzory do naśladowania do rozwoju mikro robotów. Jej wysoce rozwinięte charakterystyka lotu, mechanizmy ruchowe i umiejętności adaptacyjne zainspirowały badaczy na całym świecie do technicznego odtworzenia tych systemów biologicznych.
Robobee: Flying Micro Robot Harvarda
Jednym z najlepszych przykładów robotyki inspirowanej owadami jest Robobee na Harvard University. Ten mały latający robot waży zaledwie dziesiąty gram i ma rozpiętość skrzydeł zaledwie 3 centymetry. Robobee składa się z trzech głównych składników: ciała wykonanego z włókna węglowego, cienki opłatek i „mózgu”, które składają się z wielu inteligentnych czujników.
Skrzydła są zasilane przez siłowniki piezoelektryczne - rodzaj sztucznych mięśni, które przekształcają energię elektryczną w ruch. Ta technologia umożliwia mikro robotowi latanie, pływanie i przeprowadzanie złożonych manewrów, takich jak prawdziwa pszczoła.
Więcej przykładów mikro robotów inspirowanych owadami
Na University of California w Berkeley inżynierowie opracowali jeszcze mniejszy robot lotniczy inspirowany owadami. Z średnicą mniejszą niż 1 cm i wagą tylko 21 mg, jest to najmniejszy robot bezprzewodowy na świecie, który może latać w kontrolowany sposób. Jednak w przeciwieństwie do Robobee ten robot wykorzystuje zewnętrzne pola magnetyczne jako napęd i sterowanie.
Badacze Bionik z Georgia Institute of Technology z kolei opracowali mikro-roboty, które naśladują zachowanie mrówek. Te małe roboty mają zaledwie 1,8 milimetra szerokości, 0,8 milimetra grubości i waży około 5 miligramów. Wizja badaczy: Roj z tych elektronicznych owadów mogą przejąć zapylenie roślin w rolnictwie.
Wyzwanie bezpiecznego lądowania
Jednym z największych wyzwań dla latających mikro robotów jest bezpieczne lądowanie. Ze względu na ich niewielki rozmiar i lekka waga są szczególnie podatne na wymachienie powietrza i niestabilności, szczególnie w pobliżu ziemi.
Problem lądowania Robobebee
„Do tej pory wyłączyliśmy pojazd nad ziemią podczas lądowania, po prostu upuściliśmy go i modliliśmy się, aby skończyło się i bezpiecznie” - wyjaśnia Christian Chan, doktorant w zespole badawczym Harvard. To niekontrolowane lądowanie było znaczącym ryzykiem dla wrażliwych siłowników piezoelektrycznych i filigranowych skrzydeł robota, które można łatwo uszkodzić przez wpływ.
Problem został zaostrzony przez SAK -podsumowany efekt gleby -przemieszczenie powietrza, które są wywoływane przez bicie skrzydeł i prowadzi do niestabilności podczas lądowania. Te wyzwania aerodynamiczne utrudniają małe roboty lotnicze w kontrolowany sposób.
Rozwiązanie lądowe zainspirowane Schnaken
Aby rozwiązać ten problem, naukowcy z Harvard University spojrzeli na Crane Fly (Schnake), owad o podobnych wymiarach jak Robobe. Żurawa jest w stanie wykonać eleganckie lądowania na różnych podłożach, dzięki długim, elastycznym nogom, które mogą parować lądowanie.
Zainspirowany tym naturalnym modelem, zespół opracował nowy lądowanie dla Robobee: cztery długie, elastyczne nogi, podobne do lat muchy dźwigu. Te nogi są wystarczająco długie i wystarczająco elastyczne, aby zapewnić, że ziemia jest bezpieczna przed ziemią, zanim problematyczne turbulencje powietrza wpłynie na główny korpus robota.
Oprócz ulepszeń mechanicznych naukowcy dostosowali również kontrolę lotu robota, orientając się na zachowanie lądowania latania dźwigu. Przyspieszają one z pływającego lotu, a następnie hamują cel lądowania i ustawiają się z niską prędkością uderzenia. Wciąż istniejąca energia uderzenia jest następnie rejestrowana przez mechaniczny obszar lądowania.
Alternatywne techniki lądowania dla mikropotek
Kolejna technologia lądowania zainspirowana przez owady zostały opracowane przez naukowców z Harvard University do poprzednich wersji Robobee. Podczas gdy prawdziwe owady często używają rodzaju kleju do przylegania do pionowych powierzchni, naukowcy polegali na przyciąganiu elektrostatycznym w celu przymocowania robota do podkładki. Takie podejście wymaga tylko niewielkiej ilości energii do naprawy robota światła.
Kolejny niezwykły rozwój pochodzi z Nanjing University of Aeronautics & Astronautics (NUAA), w którym naukowcy opracowali robota owadów, który łączy umiejętności lotu i wspinaczki. Ten robot może lądować na pionowej ścianie, wspinać się po nim i znów wystartować - umiejętność, którą był w stanie zademonstrować na różnych materiałach, takich jak szkło, drewno, marmur, a nawet kora drzewna.
Podejścia biomimetyczne poza technologią lądowania
Natura inspiruje robotykę nie tylko do rozwoju technik lądowania, ale także w wielu aspektach mikrorobotyków. Od mechanizmów lokomocji po systemy zatrzymania po koncepcje - Natura oferuje bogaty zbiornik rozwiązań.
Zaawansowane systemy ruchu
Zespół badawczy z Harvard University opracował robot mikro owadów o nazwie „Little Fury” ze sztucznym „kutasem” inspirowanym skokiem. Ten robot może skakać imponujące 1,4 metra, co odpowiada 23 -krotnie jego długości ciała. Mechanizm skakania opiera się na „furculi” skakających kogutów, które działają jak napięta sprężyna.
W Tu Ilmenau naukowcy z działu biomechatroniki zbudowali mały gąsienica robota, który jest wyposażony w tak zwaną „gecko-taśm”. Materiał ten został zainspirowany mechanizmami kleji gekonów, pająków i chrząszczy, które mogą działać na pionowych powierzchniach, a nawet na suficie bez płynów klejących.
Autonomiczna nawigacja i zachowanie roju
Innym ważnym obszarem robotyki biomimetycznej jest autonomiczna nawigacja. Naukowcy ze szwedzkiego Uniwersytetu Lund opracowali koncepcję nowego systemu orientacji dronów opartych na alternatywnym zachowaniu owadów. Obserwacje wykazały, że pszczoły oparte są na intensywności światła podczas nawigacji, aby uniknąć przeszkód.
Naukowcy na Węgrzech ponownie przenieśli rój owadów na drony. Za pomocą nowo opracowanego algorytmu do dziewięciu pojedynczych samolotów może latać w formacji, a tym samym nawigować w mylących środowiskach, takich jak miasta.
Nadaje się do:
Potencjał aplikacji i przyszłe perspektywy
Mikro -piepoty inspirowane owadami obiecują różnorodne zastosowania w różnych obszarach.
Rolnictwo i monitorowanie środowiska
Jednym z najbardziej fascynujących potencjalnych zastosowań jest sztuczne zapylenie. Ze względu na globalny spadek populacji pszczół, roj robobei mogą pewnego dnia pomóc zapylanie roślin. Ponadto te mikro roboty mogą być wykorzystywane w monitorowaniu środowiska w celu gromadzenia danych na temat warunków środowiskowych, które są niedostępne dla większych dronów.
Eksploracja i ulga w przypadku katastrof
Dzięki ich niewielkim rozmiarowi roboty mikrorowe inspirowane owadami mogły być używane podczas eksploracji wąskich pokoi, zwiniętych budynków lub innych złożonych środowisk. Na obszarach katastrofy możesz dostarczyć cennych informacji bez narażania ludzi na niebezpieczeństwo.
Zastosowania medyczne
W dłuższej perspektywie miniaturyzowane roboty mogłyby być nawet używane w dziedzinie medycyny. Roj z małych robotów mogłyby przeprowadzić diagnozy, a nawet dokonać leczenia w ludzkim ciele.
Obecne granice i przyszłe zmiany
Pomimo imponującego postępu roboty mikrorowe inspirowane owadami nadal stoją przed znacznymi wyzwaniami. Na przykład Robobee jest nadal podłączony do zewnętrznych systemów sterowania kablem, co ogranicza jego mobilność. Naukowcy pracują nad miniaturyzującymi czujnikami, kontrolą i dostawą energii, aby móc je zainstalować bezpośrednio w robocie lotniczym.
Miniaturyzacja tych składników jest uważana za „potrójne święte graal” mikroobotyki i stanowi ogromne wyzwania techniczne. Niemniej jednak wizja naukowców jest jasna: całkowicie autonomiczne roj mikro robotów, które mogą wykonywać złożone zadania w różnych środowiskach.
Natura jako inżynier: postęp w mikrorobotyce
Biomimetyka zrewolucjonizowała rozwój mikrorobotyki, umożliwiając inżynierom skorzystanie z milionów lat ewolucyjnej optymalizacji. Niedawne postępy w technikach lądowania inspirowanych owadami dla mikro -pręgowanych, takich jak robob, imponująco pokazują potencjał tego podejścia.
Ze względu na naśladowanie systemów naturalnych naukowcy nie tylko rozwijają bardziej wydajne i bardziej solidne roboty, ale także uzyskują cenny wgląd w same mechanizmy biologiczne. Podobnie jak Alyssa Hernandez, postoktor i współautor badania Robobee, wyjaśnia: „Możemy wykorzystać te platformy robotów do badań biologicznych i badań, test hipotez biomechanicznych”.
Przyszłość robotyki biomimetycznej obiecuje dalsze fascynujące osiągnięcia, podczas gdy naukowcy nadal wykorzystują niewyczerpane źródło inspiracji, aby opanować techniczne wyzwania naszych czasów. Ścieżka od obserwacji zjawisk naturalnych do jego technicznego wdrożenia nie zawsze jest łatwa, ale jak pokazuje historia sukcesu Robobee, może prowadzić do przełomowych innowacji, które mogą zrewolucjonizować wiele obszarów naszego życia.
Nadaje się do:
Twój globalny partner w zakresie marketingu i rozwoju biznesu
☑️Naszym językiem biznesowym jest angielski lub niemiecki
☑️ NOWOŚĆ: Korespondencja w Twoim języku narodowym!
Konrada Wolfensteina
Chętnie będę służyć Tobie i mojemu zespołowi jako osobisty doradca.
Możesz się ze mną skontaktować wypełniając formularz kontaktowy lub po prostu dzwoniąc pod numer +49 89 89 674 804 (Monachium) . Mój adres e-mail to: wolfenstein ∂ xpert.digital
Nie mogę się doczekać naszego wspólnego projektu.
