Publicerad: 20 april 2025 / UPDATE FrÄn: 20 april 2025 - Författare: Konrad Wolfenstein
Biomimetik i mikrorobotik med Robobe och Co.: Hur landningstekniker för insekter driver robotik - kreativ bild: xpert.digital
BerÀknat frÄn naturen: Hur biomimetiken förskjuter grÀnserna för robotik
SmÄ hjÀlpare: Insekts robotar erövra jordbruk, medicin och mer
Naturen har utvecklat anmÀrkningsvÀrda lösningar för komplexa utmaningar under miljoner Är. Det Àr 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, sÀrskilt inom omrÄdet mikrorobotik. Framför allt, de senaste framstegen inom landningstekniker för mikrorobots, som Àr inspirerade av insekter som snacks och bin, visar imponerande hur naturen kan tjÀna som en plan för innovativa tekniska lösningar.
Grunderna i biomimetik i robotik
Biomimetik, Àven kÀnd som Bionik, beskriver den systematiska överföringen av mekanismer och metoder frÄn natur till teknik. Denna tvÀrvetenskapliga tillvÀgagÄngssÀtt blir mer och mer observerade inom omrÄden som materiella vetenskaper, robotik, förnybar energi, medicin och informationsteknologi. IstÀllet för att kopiera naturen en till en, Àr forskarna upptagna med att förstÄ 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 frÀmja och systematisera denna förening, utan ocksÄ för att utöka grunden för teknisk produktutveckling. Evolution har producerat organismer som har anpassat sig perfekt till sin miljö, och det Àr just dessa justeringar som ger vÀrdefulla förebilder för innovationer inom teknik.
Vid överföring av biologiska principer till teknik blir det tydligt att sanna bionik inte kÀnns 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.
LÀmplig för detta:
Insekt -inspirerade mikrorrobotar: Tekniska mirakel i miniatyrformat
PÄ grund av deras storlek, effektivitet och fantastiska fÀrdigheter finns insekter tillgÀngliga som idealiska förebilder för utveckling av mikrorobotar. Hennes högt utvecklade flygegenskaper, rörelsemekanismer och anpassningsförmÄgor har inspirerat forskare över hela vÀrlden för att tekniskt reproducera dessa biologiska system.
Robobee: Harvard's Flying Micro Robot
Ett av de bÀsta -kÀnda exemplen pÄ insektsinspirerad robotik Àr Robobee vid Harvard University. Denna lilla flygande robot vÀger bara ett tionde gram och har ett vingstÄng pÄ bara 3 centimeter. Robobee bestÄr av tre huvudkomponenter: kroppen gjord av kolfiber, skivan -hinvingarna och "hjÀrnan", som bestÄr av ett antal intelligenta sensorer.
Vingarna drivs av piezoelektriska stÀlldon - 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 pÄ insektsinspirerade mikrorobotar
Vid University of California, Berkeley, har ingenjörer utvecklat en Ànnu mindre insektsinspirerad flygrobot. Med en diameter pÄ mindre Àn 1 cm och en vikt pÄ endast 21 mg Àr den den minsta trÄdlösa roboten i vÀrlden som kan flyga pÄ ett kontrollerat sÀtt. Till skillnad frÄn Robobee anvÀnder denna robot emellertid externa magnetfÀlt som en drivkraft och kontroll.
Bionik-forskare vid Georgia Institute of Technology har i sin tur utvecklat mikro-robots som efterliknar myrornas beteende. Dessa smÄ robotar Àr bara 1,8 millimeter breda, 0,8 millimeter tjocka och vÀger cirka 5 milligram. Forskarnas vision: svÀrmar av dessa elektroniska insekter kan ta över pollinering av vÀxter inom jordbruket.
Utmaningen med sÀker landning
En av de största utmaningarna för att flyga mikrorobotar Àr en sÀker landning. PÄ grund av deras lilla storlek och lÀtta vikt Àr de sÀrskilt mottagliga för luftflail och instabilitet, sÀrskilt nÀra marken.
Robobebee landningsproblem
"Hittills har vi stÀngt av fordonet över marken i en landning, bara tappat det och bad att det hamnar och landar sÀkert," förklarar Christian Chan, en doktorand i Harvard -forskarteamet. Denna okontrollerade landning var en betydande risk för de kÀnsliga piezoelektriska stÀlldon och filigranvingar av roboten, som lÀtt kunde skadas av en pÄverkan.
Problemet förvÀrrades av den sÄ kallade SO -kallade jordeffekten -luftförskjutning som utlöses av de slagande vingarna och leder till instabilitet vid landning. Dessa aerodynamiska utmaningar gör det sÀrskilt svÄrt för smÄ flygrobotar att hamna pÄ ett kontrollerat sÀtt.
Landlösning inspirerad av Schnaken
För att lösa detta problem sÄg forskarna frÄn Harvard University pÄ Crane Fly (Schnake), ett insekt med liknande dimensioner som roboben. Kranflugan kan utföra eleganta landningar pÄ olika underlag tack vare deras lÄnga, flexibla ben som kan Änglandning.
Inspirerat av denna naturliga modell utvecklade teamet en ny landningsstell för Robobee: fyra lÄnga, flexibla ben, liknande Crane Fly. Dessa ben Àr tillrÀckligt lÄnga och flexibla för att sÀkerstÀlla att marken Àr sÀker frÄn marken innan robotens huvuddel pÄverkas av den problematiska luftturbulensen.
Förutom de mekaniska förbÀttringarna anpassade forskarna ocksÄ robotens flygkontroll och orienterade sig till landningsbeteendet för kranflygning. Dessa accelererar frÄn en flytande flygning, bromsar sedan mot landningsmÄlet och stÀlls in med en lÄg pÄverkan. Den fortfarande befintliga slagenergin registreras sedan av det mekaniska landningsomrÄdet.
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 anvÀnder ett slags lim för att följa vertikala ytor, förlitade forskarna den elektrostatiska attraktionen för att fÀsta roboten till en dyna. Detta tillvÀgagÄngssÀtt krÀver endast en liten mÀngd energi för att fixa ljusroboten.
En annan anmÀrkningsvÀrd utveckling kommer frÄn Nanjing University of Aeronautics & Astronautics (NUAA), dÀr forskare har utvecklat en insektsrobot som kombinerar flyg- och klÀttringsförmÄgor. Denna robot kan landa pÄ en vertikal vÀgg, klÀttra lÀngs den och ta av igen - en fÀrdighet som han kunde visa pÄ olika material som glas, trÀ, marmor och till och med trÀdbark.
Biomimetiska tillvÀgagÄngssÀtt utanför landningstekniken
Naturen inspirerar robotik inte bara i utvecklingen av landningstekniker, utan i mÄnga aspekter av mikrorobotik. FrÄn 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 gÄnger sin kroppslÀngd. Hoppningsmekanismen Àr baserad pÄ "furcula" i de hoppande kukar som fungerar som en spÀnd vÄr.
Vid Tu Ilmenau har forskare i BioMechatronics-avdelningen byggt en liten robot Caterpillar, som Àr utrustad med den sÄ kallade "Gecko-Tape". Detta material inspirerades av limmekanismerna för gekko, spindlar och skalbaggar, som kan köras pÄ vertikala ytor och till och med pÄ taket utan limvÀtskor.
Autonom navigering och svÀrmbeteende
Ett annat viktigt omrÄde med biomimetisk robotik Àr autonom navigering. Forskare frÄn Swedish University of Lund har utvecklat ett koncept för ett nytt droneorienteringssystem baserat pÄ insekternas alternativa beteende. Observationerna har visat att bin Àr baserade pÄ ljusintensiteten i navigering för att undvika hinder.
Forskare i Ungern har Äterigen överfört insekternas svÀrmbeteende till drönare. Med hjÀlp av en nyutvecklad algoritm kan upp till nio enskilda flygplan flyga i formation och dÀrmed ocksÄ navigera i förvirrande miljöer som stÀder.
LÀmplig för detta:
Applikationspotential och framtidsutsikter
Mikrorobotarna inspirerade av insekter lovar en mÀngd olika tillÀmpningar inom olika omrÄden.
Jordbruk och miljöövervakning
En av de mest fascinerande potentiella tillÀmpningarna Àr konstgjord pollinering. Med tanke pÄ den globala nedgÄngen av bi -populationer kan svÀrmar av Robobe en dag hjÀlpa pollinering av vÀxter. Dessutom kan dessa mikrorobotar anvÀndas i miljöövervakning för att samla in data om miljöförhÄllanden som Àr otillgÀngliga för större drönare.
Utforskning och katastrofhjÀlp
Tack vare deras lilla storlek kan insektsinspirerade mikrorrobotar anvÀndas nÀr man utforskar smala rum, kollapsade byggnader eller andra komplexa miljöer. I katastrofomrÄden kan du tillhandahÄlla vÀrdefull information utan att sÀtta mÀnniskor i fara.
Medicinska tillÀmpningar
PÄ lÄng sikt kan miniatyriserade robotar till och med anvÀndas inom det medicinska omrÄdet. SvÀrmar av smÄ robotar kan möjligen utföra diagnoser eller till och med göra behandlingar i mÀnniskokroppen.
Nuvarande grÀnser och framtida utveckling
Trots de imponerande framstegen stÄr insektsinspirerade mikrorrobotar fortfarande inför betydande utmaningar. Till exempel Àr Robobee fortfarande ansluten till externa styrsystem med kabel, vilket begrÀnsar 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. ĂndĂ„ Ă€r forskarnas vision tydlig: helt autonoma svĂ€rmar 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 Är av evolutionÀr optimering. De senaste framstegen inom insektsinspirerade landningstekniker för mikrorobotar som roboben visar imponerande potentialen i detta tillvÀgagÄngssÀtt.
PÄ grund av imitationen av naturliga system utvecklar forskare inte bara effektivare och mer robusta robotar, utan fÄr ocksÄ vÀrdefull insikt i sjÀlva biologiska mekanismerna. Liksom Alyssa Hernandez förklarar postdoktor och medförfattare till Robobee-studien: "Vi kan anvÀnda dessa robotplattformar för biologisk forskning och studier, det biomekaniska hypoteset testet."
Framtiden för biomimetiska robotik lovar ytterligare fascinerande utveckling, medan forskare fortsÀtter att utnyttja den outtömliga inspirationskÀllan för att behÀrska de tekniska utmaningarna i vÄr tid. VÀgen frÄn observationen av naturfenomen till dess tekniska implementering Àr inte alltid lÀtt, men som framgÄngshistorien för Robobee visar kan det leda till banbrytande innovationer som har potential att revolutionera mÄnga omrÄden i vÄra liv.
LÀmplig för detta:
Â
Din globala marknadsförings- och affÀrsutvecklingspartner
â VĂ„rt affĂ€rssprĂ„k Ă€r engelska eller tyska
â Nytt: korrespondens pĂ„ ditt nationella sprĂ„k!
Â
Konrad Wolfenstein
Jag Àr glad att vara tillgÀnglig för dig och mitt team som personlig konsult.
Du kan kontakta mig genom att fylla i kontaktformulĂ€ret eller helt enkelt ringa mig pĂ„ +49 89 674 804 (MĂŒnchen) . Min e -postadress Ă€r: Wolfenstein â xpert.digital
Jag ser fram emot vÄrt gemensamma projekt.
Â
Â
