Опубликовано: 20 апреля 2025 г. / Обновление с: 20 апреля 2025 г. - Автор: Конрад Вольфенштейн
Биомиметика в микророботике с Robobe and Co.
Рассчитано по природе: как биомиметика смещает пределы робототехники
Крошечные помощники: роботы насекомых побеждают сельское хозяйство, медицину и многое другое
Nature разработала замечательные решения для сложных проблем в течение миллионов лет. Именно такая эффективность и элегантность природных систем все больше вдохновляют ученых развивать передовые роботы. Биомиметика, вдохновленная насекомыми, привела к впечатляющим прорывам, особенно в области микророботики. Прежде всего, недавний прогресс в методах посадки для микро -роботов, которые вдохновлены насекомыми, такими как закуски и пчелы, впечатляюще демонстрируют, как природа может служить планом для инновационных технических решений.
Основы биомиметики в робототехнике
Биомиметика, также известная как Bionik, описывает систематическую передачу механизмов и методов от природы к технологии. Этот междисциплинарный подход становится все более и более наблюдаемым в таких областях, как материальные науки, робототехника, возобновляемая энергия, медицина и информационные технологии. Вместо того, чтобы копировать природу один к одному, ученые обеспокоены пониманием основных принципов и адаптацией их для технических приложений.
Инженеры всегда были вдохновлены природой, объясняет Хартмут Витте, руководитель отдела биомехатроники в Ильмену. Bionics служит методом не только продвижения и систематизации этой ассоциации, но и для расширения основы для разработки технических продуктов. Эволюция создала организмы, которые идеально приспособились к их окружающей среде, и именно эти корректировки обеспечивают ценные образцы для подражания для инноваций в технологиях.
При передаче биологических принципов технологии становится ясно, что истинная бионика не узнаваем по внешним характеристикам, объясняет Витте. Речь идет не о простой имитации внешней формы, а о адаптации функциональных принципов, которые были превращены в совершенство в природе.
Подходит для:
Роботы с вдохновленными насекомыми: технические чудеса в миниатюрном формате
Из -за их размера, эффективности и удивительных навыков насекомые доступны в качестве идеальных образцов для подражания для разработки микроботов. Ее высокоразвитые характеристики полета, механизмы локомоции и навыки адаптации вдохновили исследователей во всем мире на технически воспроизвести эти биологические системы.
Robobee: Harvard's Flying Micro Robot
Одним из самых известных примеров робототехники, вдохновленной насекомыми, является робоби в Гарвардском университете. Этот крошечный летающий робот весит всего десятый грамм и имеет размах крыльев всего 3 сантиметра. Robobee состоит из трех основных компонентов: организм из углеродного волокна, пластин -стрижки и «мозг», который состоит из ряда интеллектуальных датчиков.
Крылья оснащены пьезоэлектрическими приводами - своего рода искусственными мышцами, которые превращают электрическую энергию в движение. Эта технология позволяет микроботу -микрокате летать, плавать и выполнять сложные маневры, такие как настоящая пчела.
Больше примеров микро -роботов, вдохновленных насекомыми
В Калифорнийском университете в Беркли инженеры разработали еще меньшего робота, вдохновленного насекомым. При диаметре менее 1 см и весом всего 21 мг, это самый маленький беспроводной робот в мире, который может летать контролируемым образом. Однако, в отличие от робоби, этот робот использует внешние магнитные поля в качестве диска и управления.
Исследователи Бионика из Технологического института Джорджии, в свою очередь, разработали микро-роботы, которые имитируют поведение муравьев. Эти крошечные роботы имеют ширину всего 1,8 миллиметра, толщиной 0,8 миллиметра и весят около 5 миллиграммов. Видение исследователей: рои этих электронных насекомых могут захватить опыление растений в сельском хозяйстве.
Задача безопасной посадки
Одной из самых больших проблем для летающих микроботов является безопасная посадка. Из -за их небольшого размера и легкого веса они особенно восприимчивы к воздушному фластию и нестабильности, особенно вблизи земли.
Проблема посадки Robobebee
«До сих пор мы выключили транспортное средство над землей в посадке, просто бросили его и молились, чтобы оно закончилось и безопасно приземляется», - объясняет Кристиан Чан, докторская студентка в исследовательской группе Гарварда. Эта неконтролируемая посадка была значительным риском для чувствительных пьезоэлектрических приводов и филигри -крыльев робота, что может быть легко повреждено воздействием.
Проблема была усугублена так называемым так называемым эффектом почвы -смещением воздуха, которое вызвано бибитыми крыльями и приводит к нестабильности при посадке. Эти аэродинамические проблемы затрудняют крошечные роботы полета в конечном итоге контролируемым образом.
Земельное решение, вдохновленное Schnaken
Чтобы решить эту проблему, ученые из Гарвардского университета посмотрели на мух Крэйн (Шнаке), насекомое с такими же размерами, что и Робобе. Крэновая муха может провести элегантные посадки на различные субстраты благодаря их длинным гибким ногам, которые могут приземлиться.
Вдохновленная этой естественной моделью, команда разработала новую посадочную стеллу для Robobee: четыре длинных, гибкие ноги, похожие на те, кто у мух из крана. Эти ноги являются достаточно длинными и достаточно гибкими, чтобы гарантировать, что земля будет безопасной от земли, прежде чем основное тело робота будет влиять на проблемную турбулентность воздуха.
В дополнение к механическим улучшениям, ученые также адаптировали управление полетом робота, ориентируясь на посадку полета крана. Они ускоряются от плавающего полета, затем тормоз к цели посадки и устанавливаются с низкой скоростью воздействия. Еще существующая энергия воздействия затем регистрируется в области механической посадки.
Альтернативные методы посадки для микро -роботов
Другая технология приземления, вдохновленная насекомыми, была разработана исследователями из Гарвардского университета для предыдущих версий робоби. В то время как настоящие насекомые часто используют своего рода клей для прилипания к вертикальным поверхностям, исследователи полагались на электростатическое притяжение, чтобы прикрепить робота к прокладке. Этот подход требует лишь небольшого количества энергии, чтобы исправить легкий робот.
Другое замечательное развитие - Нанкинский университет аэронавтики и астронавтики (NUAA), где исследователи разработали робота насекомых, который сочетает в себе навыки полета и скалолазания. Этот робот может приземлиться на вертикальную стену, подняться по ней и снова взлететь - навык, который он смог продемонстрировать на различных материалах, таких как стекло, дерево, мрамор и даже кора дерева.
Биомиметические подходы за пределами технологии посадки
Природа вдохновляет робототехнику не только на разработку методов посадки, но и в многочисленных аспектах микророботики. От механизмов локомоции до систем содержания поддержания до управления концепциями - Nature предлагает богатый резервуар решений.
Усовершенствованные системы движения
Исследовательская группа Гарвардского университета разработала робота для микросексов под названием «Little Fury» с искусственным «членом», вдохновленным прыжками петухов. Этот робот может прыгать впечатляюще 1,4 метра, что соответствует 23 раза большей длине тела. Механизм прыжков основан на «фуркуле» прыгающих петухов, которые работают как напряженная пружина.
В Tu Ilmenau исследователи из департамента биомехатроники построили небольшую гусеницу робота, которая оснащена так называемой «геккозкой». Этот материал был вдохновлен клейкими механизмами гекконов, пауков и жуков, которые могут работать на вертикальных поверхностях и даже на потолке без клейких жидкостей.
Автономная навигация и поведение роя
Другой важной областью биомиметической робототехники является автономная навигация. Ученые из Шведского университета Лунда разработали концепцию для новой системы ориентации беспилотников, основанной на альтернативном поведении насекомых. Наблюдения показали, что пчелы основаны на интенсивности света в навигации, чтобы избежать препятствий.
Исследователи в Венгрии снова перенесли рой поведения насекомых на беспилотники. С помощью недавно разработанного алгоритма до девяти отдельных самолетов может летать в формировании и, таким образом, также перемещаться в запутанных средах, таких как города.
Подходит для:
Потенциал применения и будущие перспективы
Микроботы, вдохновленные насекомыми, обещают различные приложения в разных областях.
Сельское хозяйство и мониторинг окружающей среды
Одним из самых увлекательных потенциальных применений является искусственное опыление. В связи с глобальным снижением популяций пчел, роя робоби может однажды помочь опылению растений. Кроме того, эти микроботы могут быть использованы в мониторинге окружающей среды для сбора данных об условиях окружающей среды, которые недоступны для более крупных беспилотников.
Разведка и помощь в стихийных бедствиях
Благодаря их небольшим размерам микрорные роботы, вдохновленные насекомыми, можно использовать при изучении узких комнат, разрушенных зданий или других сложных сред. В областях стихийных бедствий вы можете предоставить ценную информацию, не подвергая опасности людей.
Медицинские заявки
В долгосрочной перспективе в медицинской области можно было бы даже использовать миниатюрные роботы. Роя крошечных роботов могут выполнить диагнозы или даже провести лечение в человеческом организме.
Текущие границы и будущие события
Несмотря на впечатляющий прогресс, микрорные роботы, вдохновленные насекомыми, все еще сталкиваются с значительными проблемами. Например, робоби все еще подключен к внешним системам управления по кабелю, что ограничивает его подвижность. Исследователи работают над миниатюрными датчиками, управлением и энергоснабжением, чтобы иметь возможность устанавливать их непосредственно в роботе полета.
Миниатюризация этих компонентов считается «тройным священным Граалем» Микророботики и представляет огромные технические проблемы. Тем не менее, видение исследователей ясно: полностью автономные роя микроботов, которые могут выполнять сложные задачи в различных средах.
Природа как инженер: прогресс в микророботике
Биомиметика произвела революцию в разработке микророботиков, позволяя инженерам извлечь выгоду из миллионов лет эволюционной оптимизации. Недавний прогресс в методах посадки, вдохновленных насекомыми для микро -роботов, таких как робоб, впечатляюще демонстрирует потенциал этого подхода.
Из -за имитации природных систем исследователи не только разрабатывают более эффективные и более надежные роботы, но и получают ценную информацию о самих биологических механизмах. Как и Алисса Эрнандес, постдоктор и соавтор исследования Robobee, объясняет: «Мы можем использовать эти робот-платформы для биологических исследований и исследований, тест на биомеханические гипотезы».
Будущее биомиметической робототехники обещает дальнейшие захватывающие события, в то время как исследователи продолжают использовать неисчерпаемый источник вдохновения, чтобы овладеть техническими проблемами нашего времени. Путь от наблюдения природных явлений к его технической реализации не всегда прост, но, как показывает история успеха робоби, это может привести к новаторским инновациям, которые могут революционизировать многочисленные области нашей жизни.
Подходит для:
Ваш глобальный партнер по маркетингу и развитию бизнеса
☑️ Наш деловой язык — английский или немецкий.
☑️ НОВИНКА: Переписка на вашем национальном языке!
Конрад Вольфенштейн
Я был бы рад служить вам и моей команде в качестве личного консультанта.
Вы можете связаться со мной, заполнив контактную форму или просто позвоните мне по телефону +49 89 89 674 804 (Мюнхен) . Мой адрес электронной почты: wolfenstein ∂ xpert.digital
Я с нетерпением жду нашего совместного проекта.
