Објављено: 20. априла 2025. / Ажурирано: 20. априла 2025. – Аутор: Konrad Wolfenstein
Биомиметика у микророботици са RoboBee-ом и другима: Како технике слетања инсеката покрећу роботику – Креативна слика: Xpert.Digital
Инспирисано природом: Како биомиметика помера границе роботике
Мали помагачи: Инсектни роботи освајају пољопривреду, медицину и још много тога
Природа је током милиона година развила изванредна решења за сложене изазове. Управо та ефикасност и елеганција природних система све више инспирише научнике у развоју напредних технологија роботике. Посебно у области микророботике, биомиметика инспирисана инсектима довела је до импресивних продора. Пре свега, недавни напредак у техникама слетања микроробота, инспирисан инсектима као што су ждралове и пчеле, импресивно показује како природа може послужити као образац за иновативна техничка решења.
Основе биомиметике у роботици
Биомиметика, позната и као бионика, описује систематски пренос механизама и процеса из природе у технологију. Овај интердисциплинарни приступ добија све већу пажњу у областима као што су наука о материјалима, роботика, обновљиви извори енергије, медицина и информационе технологије. Уместо да једноставно копирају природу један на један, научници теже да разумеју основне принципе и да их прилагоде техничким применама.
Инжењери су одувек црпели инспирацију из природе, објашњава Хартмут Вите, шеф одељења за биомехатронику на ТУ Илменау. Бионика служи као метода не само за промоцију и систематизацију ове способности за удруживање, већ и за проширење темеља за развој техничких производа. Еволуција је произвела организме који су савршено прилагођени свом окружењу, а ове адаптације пружају вредне моделе за иновације у технологији.
Када се биолошки принципи примене на технологију, постаје јасно да се права бионика не препознаје по спољашњим карактеристикама, објашњава Вите. Не ради се о пуком имитирању спољашњег облика, већ о прилагођавању функционалних принципа који су усавршени у природи.
У вези са овим:
Микророботи инспирисани инсектима: Техничка чуда у минијатури
Инсекти, због своје величине, ефикасности и изузетних способности, служе као идеални модели за развој микроробота. Њихове високо развијене карактеристике лета, механизми кретања и прилагодљивост инспирисали су истраживаче широм света да технички реплицирају ове биолошке системе.
РобоБи: Харвардов летећи микроробот
Један од најпознатијих примера роботике инспирисане инсектима је РобоБи Универзитета Харвард. Овај сићушни летећи робот тежи само једну десетину грама и има распон крила од само 3 центиметра. РобоБи се састоји од три главне компоненте: тела од угљеничних влакана, танких крила и „мозга“ састављеног од низа интелигентних сензора.
Крила покрећу пиезоелектрични актуатори – врста вештачког мишића који претвара електричну енергију у покрет. Ова технологија омогућава микророботу да лети, лебди и изводи сложене маневре попут праве пчеле.
Даљи примери микроробота инспирисаних инсектима
Инжењери са Универзитета Калифорније у Берклију развили су још мањег летећег робота инспирисаног инсектима. Са пречником мањим од 1 цм и тежином од само 21 мг, то је најмањи бежични робот на свету способан за контролисани лет. Међутим, за разлику од RoboBee-а, овај робот користи спољна магнетна поља за погон и контролу.
Истраживачи бионике на Технолошком институту Џорџије развили су микророботе који имитирају понашање мрава. Ови сићушни роботи су широки само 1,8 милиметара, дебљине 0,8 милиметара и тешки приближно 5 милиграма. Визија истраживача: ројеви ових електронских инсеката могли би да преузму опрашивање биљака у пољопривреди.
Изазов безбедног слетања
Један од највећих изазова за летеће микророботе је безбедно слетање. Због своје мале величине и мале тежине, они су посебно подложни турбуленцијама и нестабилности ваздуха, посебно близу тла.
Проблем са слетањем РобоБи
„До сада бисмо, приликом слетања, искључивали возило изнад земље, једноставно га испуштали и молили се да слети усправно и безбедно“, објашњава Кристијан Чен, докторанд у истраживачком тиму Харварда. Ово неконтролисано слетање представљало је значајан ризик за осетљиве пиезоелектричне актуаторе робота и нежна крила, која би лако могла бити оштећена ударом.
Проблем је погоршао такозвани ефекат тла – турбуленција ваздуха изазвана машућим крилима, што је довело до нестабилности током слетања. Ови аеродинамички изазови посебно отежавају малим летећим роботима да слете на контролисан начин.
Решење за слетање инспирисано комарцима
Да би решили овај проблем, научници са Универзитета Харвард су се осврнули на ждралову муву, инсекта сличних димензија као РобоПчела. Ждралова мува је способна да изводи елегантна слетања на најразличитије површине, захваљујући својим дугим, флексибилним ногама које ублажавају удар.
Инспирисан овим природним моделом, тим је развио нови стајни трап за RoboBee: четири дугачке, зглобне ноге, сличне онима код дизалице. Ове ноге су довољно дугачке и флексибилне да осигурају да све ноге безбедно додирну тло пре него што главно тело робота буде погођено проблематичном турбуленцијом ваздуха.
Поред механичких побољшања, научници су такође прилагодили систем управљања летом робота, црпећи инспирацију из понашања ждралских мушица при слетању. Оне убрзавају из лебдећег положаја, затим успоравају према циљу слетања и слећу малом брзином удара. Преосталу енергију удара затим апсорбује механички стајни трап.
Алтернативне технике слетања за микророботе
Још једна техника слетања инспирисана инсектима развила је истраживачи са Универзитета Харвард за раније верзије робота РобоБи. Док прави инсекти често користе неку врсту лепка да би се прилепили за вертикалне површине, истраживачи су се ослањали на електростатичко привлачење да би причврстили робота за подлогу. Овај приступ захтева само малу количину енергије да би се лагани робот фиксирао на месту.
Још један изузетан развој долази са Универзитета за аеронаутику и астронаутику у Нанкингу (NUAA), где су истраживачи створили робота-инсекта који комбинује могућности лета и пењања. Овај робот може да слети на вертикални зид, да се пење по њему и поново полети – способност коју је демонстрирао на разним материјалима као што су стакло, дрво, мермер, па чак и кора дрвета.
Биомиметички приступи изван технологије слетања
Природа инспирише роботичаре не само у развоју техника слетања, већ и у бројним аспектима микророботике. Од механизама кретања и система адхезије до концепата погона – природа нуди богат резервоар решења.
Напредни системи кретања
Истраживачки тим на Универзитету Харвард развио је микро-инсектицидног робота под називом „Мала фјурија“ са вештачким „репом“ инспирисаним кокошарцима. Овај робот може да скочи импресивних 1,4 метра, што је 23 пута веће од дужине његовог тела. Механизам скакања заснован је на „вилици“ кокошарца, која функционише попут компримоване опруге.
Истраживачи на одељењу за биомехатронику на ТУ Илменау направили су малу роботску гусеницу опремљену такозваном „геконском траком“. Овај материјал је инспирисан механизмима лепљења гекона, паука и буба, који могу да ходају по вертикалним површинама, па чак и плафонима без лепљивих течности.
Аутономна навигација и понашање роја
Још једно важно подручје биомиметичке роботике је аутономна навигација. Научници са Универзитета у Лунду у Шведској развили су концепт за нови систем оријентације дронова заснован на понашању избегавања инсеката. Посматрања су показала да пчеле користе интензитет светлости за навигацију и избегавање препрека.
Истраживачи у Мађарској су пренели понашање ројења инсеката на дронове. Користећи новоразвијени алгоритам, до девет појединачних летелица може да лети у формацији и тако се креће чак и у сложеним окружењима као што су градови.
У вези са овим:
Потенцијал примене и будући изгледи
Микророботи инспирисани инсектима обећавају широк спектар примене у различитим областима.
Пољопривреда и праћење животне средине
Једна од најфасцинантнијих потенцијалних примена је вештачко опрашивање. С обзиром на глобални пад популације пчела, ројеви робопчела би једног дана могли да помогну у опрашивању биљака. Штавише, ови микророботи би се могли користити у праћењу животне средине ради прикупљања података о условима животне средине који нису доступни већим дронима.
Извиђање и помоћ у катастрофама
Захваљујући својој малој величини, микророботи инспирисани инсектима могли би се користити за истраживање затворених простора, срушених зграда или других сложених окружења. У подручјима катастрофа, могли би да пруже вредне информације без угрожавања људи.
Медицинске примене
Дугорочно гледано, минијатуризовани роботи би се могли користити чак и у области медицине. Ројеви сићушних робота би потенцијално могли да обављају дијагнозе или чак лечење унутар људског тела.
Тренутна ограничења и будући развој
Упркос импресивном напретку, микророботи инспирисани инсектима се и даље суочавају са значајним изазовима. Тренутно је, на пример, RoboBee и даље повезан са спољним системима управљања путем каблова, што ограничава његову мобилност. Истраживачи раде на минијатуризацији сензора, система управљања и напајања како би се могли директно интегрисати у летећег робота.
Минијатуризација ових компоненти сматра се „троструким светим гралом“ микророботике и представља огромне техничке изазове. Ипак, визија истраживача је јасна: потпуно аутономни ројеви микроробота способни за обављање сложених задатака у различитим окружењима.
Природа као инжењер: Напредак у микророботици
Биомиметика је револуционисала развој микророботике омогућавајући инжењерима да искористе предности милиона година еволутивне оптимизације. Недавни напредак у техникама слетања инспирисаним инсектима за микророботе попут RoboBee импресивно демонстрира потенцијал овог приступа.
Опонашањем природних система, истраживачи не само да развијају ефикасније и робусније роботе, већ и стичу вредне увиде у саме биолошке механизме. Како објашњава Алиса Хернандез, постдокторска истраживачица и коауторка студије RoboBee: „Можемо користити ове роботске платформе као алате за биолошка истраживања и спроводити студије које тестирају биомеханичке хипотезе.“
Будућност биомиметичке роботике обећава даљи фасцинантан развој, јер истраживачи настављају да користе неисцрпни извор инспирације природе како би превазишли технолошке изазове нашег времена. Пут од посматрања природних феномена до њихове технолошке примене није увек лак, али као што показује прича о успеху компаније RoboBee, то може довести до револуционарних иновација са потенцијалом да револуционишу бројне области наших живота.
У вези са овим:
Ваш глобални партнер за маркетинг и развој пословања
☑️ Наш пословни језик је енглески или немачки
☑️ НОВО: Преписка на вашем матерњем језику!
Konrad Wolfenstein
Ја и мој тим смо срећни што вам можемо бити на располагању као ваш лични саветник.
Можете ме контактирати попуњавањем контакт форме овде или једноставно позовите на +49 89 89 674 804 ( Минхен) . Моја имејл адреса је: [email protected]
Радујем се нашем заједничком пројекту.
