Publicerad: 20 april 2025 / UPDATE Från: 20 april 2025 - Författare: Konrad Wolfenstein
Biomimetik i mikrorobotik med Robobe och Co.: Hur landningstekniker för insekter driver robotik - kreativ bild: xpert.digital
Beräknat från naturen: Hur biomimetiken förskjuter gränserna för robotik
Små hjälpare: Insekts robotar erövra jordbruk, medicin och mer
Naturen har utvecklat anmärkningsvärda lösningar för komplexa utmaningar under miljoner år. Det är just denna effektivitet och elegans i naturliga system som i allt högre grad inspirerar forskare att utveckla avancerad robotteknik. Biomimetiken inspirerad av insekter har lett till imponerande genombrott, särskilt inom området mikrorobotik. Framför allt, de senaste framstegen inom landningstekniker för mikrorobots, som är inspirerade av insekter som snacks och bin, visar imponerande hur naturen kan tjäna som en plan för innovativa tekniska lösningar.
Grunderna i biomimetik i robotik
Biomimetik, även känd som Bionik, beskriver den systematiska överföringen av mekanismer och metoder från natur till teknik. Denna tvärvetenskapliga tillvägagångssätt blir mer och mer observerade inom områden som materiella vetenskaper, robotik, förnybar energi, medicin och informationsteknologi. Istället för att kopiera naturen en till en, är forskarna upptagna med att förstå de underliggande principerna och anpassa dem för tekniska applikationer.
Ingenjörer har alltid inspirerats av naturen, förklarar Hartmut Witte, chef för BioMechatronics Department vid Ilmenau. Bionics fungerar som en metod för att inte bara främja och systematisera denna förening, utan också för att utöka grunden för teknisk produktutveckling. Evolution har producerat organismer som har anpassat sig perfekt till sin miljö, och det är just dessa justeringar som ger värdefulla förebilder för innovationer inom teknik.
Vid överföring av biologiska principer till teknik blir det tydligt att sanna bionik inte känns igen av yttre egenskaper, förklarar Witte. Det handlar inte om enbart imitation av den yttre formen, utan om anpassningen av de funktionella principerna som utvecklades till perfektion i naturen.
Lämplig för detta:
Insekt -inspirerade mikrorrobotar: Tekniska mirakel i miniatyrformat
På grund av deras storlek, effektivitet och fantastiska färdigheter finns insekter tillgängliga som idealiska förebilder för utveckling av mikrorobotar. Hennes högt utvecklade flygegenskaper, rörelsemekanismer och anpassningsförmågor har inspirerat forskare över hela världen för att tekniskt reproducera dessa biologiska system.
Robobee: Harvard's Flying Micro Robot
Ett av de bästa -kända exemplen på insektsinspirerad robotik är Robobee vid Harvard University. Denna lilla flygande robot väger bara ett tionde gram och har ett vingstång på bara 3 centimeter. Robobee består av tre huvudkomponenter: kroppen gjord av kolfiber, skivan -hinvingarna och "hjärnan", som består av ett antal intelligenta sensorer.
Vingarna drivs av piezoelektriska ställdon - en slags konstgjorda muskler som omvandlar elektrisk energi till rörelse. Denna teknik gör det möjligt för mikroroboten att flyga, flyta och utföra komplexa manövrar, till exempel ett riktigt bi.
Fler exempel på insektsinspirerade mikrorobotar
Vid University of California, Berkeley, har ingenjörer utvecklat en ännu mindre insektsinspirerad flygrobot. Med en diameter på mindre än 1 cm och en vikt på endast 21 mg är den den minsta trådlösa roboten i världen som kan flyga på ett kontrollerat sätt. Till skillnad från Robobee använder denna robot emellertid externa magnetfält som en drivkraft och kontroll.
Bionik-forskare vid Georgia Institute of Technology har i sin tur utvecklat mikro-robots som efterliknar myrornas beteende. Dessa små robotar är bara 1,8 millimeter breda, 0,8 millimeter tjocka och väger cirka 5 milligram. Forskarnas vision: svärmar av dessa elektroniska insekter kan ta över pollinering av växter inom jordbruket.
Utmaningen med säker landning
En av de största utmaningarna för att flyga mikrorobotar är en säker landning. På grund av deras lilla storlek och lätta vikt är de särskilt mottagliga för luftflail och instabilitet, särskilt nära marken.
Robobebee landningsproblem
"Hittills har vi stängt av fordonet över marken i en landning, bara tappat det och bad att det hamnar och landar säkert," förklarar Christian Chan, en doktorand i Harvard -forskarteamet. Denna okontrollerade landning var en betydande risk för de känsliga piezoelektriska ställdon och filigranvingar av roboten, som lätt kunde skadas av en påverkan.
Problemet förvärrades av den så kallade SO -kallade jordeffekten -luftförskjutning som utlöses av de slagande vingarna och leder till instabilitet vid landning. Dessa aerodynamiska utmaningar gör det särskilt svårt för små flygrobotar att hamna på ett kontrollerat sätt.
Landlösning inspirerad av Schnaken
För att lösa detta problem såg forskarna från Harvard University på Crane Fly (Schnake), ett insekt med liknande dimensioner som roboben. Kranflugan kan utföra eleganta landningar på olika underlag tack vare deras långa, flexibla ben som kan ånglandning.
Inspirerat av denna naturliga modell utvecklade teamet en ny landningsstell för Robobee: fyra långa, flexibla ben, liknande Crane Fly. Dessa ben är tillräckligt långa och flexibla för att säkerställa att marken är säker från marken innan robotens huvuddel påverkas av den problematiska luftturbulensen.
Förutom de mekaniska förbättringarna anpassade forskarna också robotens flygkontroll och orienterade sig till landningsbeteendet för kranflygning. Dessa accelererar från en flytande flygning, bromsar sedan mot landningsmålet och ställs in med en låg påverkan. Den fortfarande befintliga slagenergin registreras sedan av det mekaniska landningsområdet.
Alternativa landningstekniker för mikrorobots
En annan landningsteknologi inspirerad av insekter utvecklades av forskare vid Harvard University för tidigare versioner av Robobee. Medan verkliga insekter ofta använder ett slags lim för att följa vertikala ytor, förlitade forskarna den elektrostatiska attraktionen för att fästa roboten till en dyna. Detta tillvägagångssätt kräver endast en liten mängd energi för att fixa ljusroboten.
En annan anmärkningsvärd utveckling kommer från Nanjing University of Aeronautics & Astronautics (NUAA), där forskare har utvecklat en insektsrobot som kombinerar flyg- och klättringsförmågor. Denna robot kan landa på en vertikal vägg, klättra längs den och ta av igen - en färdighet som han kunde visa på olika material som glas, trä, marmor och till och med trädbark.
Biomimetiska tillvägagångssätt utanför landningstekniken
Naturen inspirerar robotik inte bara i utvecklingen av landningstekniker, utan i många aspekter av mikrorobotik. Från rörelsemekanismer till interneringssystem för att driva koncept - Naturen erbjuder en rik reservoar av lösningar.
Avancerade rörelsesystem
Ett forskarteam i Harvard University har utvecklat en mikroinsektrobot som heter "Little Fury" med en konstgjord "kuk" inspirerad av att hoppa kukar. Denna robot kan hoppa imponerande 1,4 meter, vilket motsvarar 23 gånger sin kroppslängd. Hoppningsmekanismen är baserad på "furcula" i de hoppande kukar som fungerar som en spänd vår.
Vid Tu Ilmenau har forskare i BioMechatronics-avdelningen byggt en liten robot Caterpillar, som är utrustad med den så kallade "Gecko-Tape". Detta material inspirerades av limmekanismerna för gekko, spindlar och skalbaggar, som kan köras på vertikala ytor och till och med på taket utan limvätskor.
Autonom navigering och svärmbeteende
Ett annat viktigt område med biomimetisk robotik är autonom navigering. Forskare från Swedish University of Lund har utvecklat ett koncept för ett nytt droneorienteringssystem baserat på insekternas alternativa beteende. Observationerna har visat att bin är baserade på ljusintensiteten i navigering för att undvika hinder.
Forskare i Ungern har återigen överfört insekternas svärmbeteende till drönare. Med hjälp av en nyutvecklad algoritm kan upp till nio enskilda flygplan flyga i formation och därmed också navigera i förvirrande miljöer som städer.
Lämplig för detta:
Applikationspotential och framtidsutsikter
Mikrorobotarna inspirerade av insekter lovar en mängd olika tillämpningar inom olika områden.
Jordbruk och miljöövervakning
En av de mest fascinerande potentiella tillämpningarna är konstgjord pollinering. Med tanke på den globala nedgången av bi -populationer kan svärmar av Robobe en dag hjälpa pollinering av växter. Dessutom kan dessa mikrorobotar användas i miljöövervakning för att samla in data om miljöförhållanden som är otillgängliga för större drönare.
Utforskning och katastrofhjälp
Tack vare deras lilla storlek kan insektsinspirerade mikrorrobotar användas när man utforskar smala rum, kollapsade byggnader eller andra komplexa miljöer. I katastrofområden kan du tillhandahålla värdefull information utan att sätta människor i fara.
Medicinska tillämpningar
På lång sikt kan miniatyriserade robotar till och med användas inom det medicinska området. Svärmar av små robotar kan möjligen utföra diagnoser eller till och med göra behandlingar i människokroppen.
Nuvarande gränser och framtida utveckling
Trots de imponerande framstegen står insektsinspirerade mikrorrobotar fortfarande inför betydande utmaningar. Till exempel är Robobee fortfarande ansluten till externa styrsystem med kabel, vilket begränsar dess rörlighet. Forskarna arbetar med miniatyriserande sensorer, kontroll och energiförsörjning för att kunna installera dem direkt i flygroboten.
Miniatyriseringen av dessa komponenter anses vara "trippel heliga gral" av mikrorobotik och representerar enorma tekniska utmaningar. Ändå är forskarnas vision tydlig: helt autonoma svärmar av mikrorobotar som kan utföra komplexa uppgifter i olika miljöer.
Natur som ingenjör: Framsteg inom mikrorobotik
Biomimetik har revolutionerat utvecklingen av mikrorobotik genom att göra det möjligt för ingenjörer att dra nytta av miljoner år av evolutionär optimering. De senaste framstegen inom insektsinspirerade landningstekniker för mikrorobotar som roboben visar imponerande potentialen i detta tillvägagångssätt.
På grund av imitationen av naturliga system utvecklar forskare inte bara effektivare och mer robusta robotar, utan får också värdefull insikt i själva biologiska mekanismerna. Liksom Alyssa Hernandez förklarar postdoktor och medförfattare till Robobee-studien: "Vi kan använda dessa robotplattformar för biologisk forskning och studier, det biomekaniska hypoteset testet."
Framtiden för biomimetiska robotik lovar ytterligare fascinerande utveckling, medan forskare fortsätter att utnyttja den outtömliga inspirationskällan för att behärska de tekniska utmaningarna i vår tid. Vägen från observationen av naturfenomen till dess tekniska implementering är inte alltid lätt, men som framgångshistorien för Robobee visar kan det leda till banbrytande innovationer som har potential att revolutionera många områden i våra liv.
Lämplig för detta:
Din globala marknadsförings- och affärsutvecklingspartner
☑ Vårt affärsspråk är engelska eller tyska
☑ Nytt: korrespondens på ditt nationella språk!
Konrad Wolfenstein
Jag är glad att vara tillgänglig för dig och mitt team som personlig konsult.
Du kan kontakta mig genom att fylla i kontaktformuläret eller helt enkelt ringa mig på +49 89 674 804 (München) . Min e -postadress är: Wolfenstein ∂ xpert.digital
Jag ser fram emot vårt gemensamma projekt.
