Опубліковано: 20 квітня 2025 р. / Оновлення з: 20 квітня 2025 р. - Автор: Конрад Вольфенштейн
Біоміметика в мікророботиці з Robobe and Co.: Як методи посадки комах мають робототехніку - творчий образ: xpert.digital
Розраховано з природи: як біоміметика змінює межі робототехніки
Крихітні помічники: Роботи комах підкорюють сільське господарство, медицину тощо
Природа розробила неабиякі рішення для складних викликів протягом мільйонів років. Саме ця ефективність та елегантність природних систем все більше надихають вчених на розробку передових технологій роботів. Біоміметика, натхненна комахами, призвела до вражаючих проривів, особливо в області мікророботики. Перш за все, нещодавній прогрес у методах посадки для мікроботів, які натхненні комахами, такими як закуски та бджоли, вражаюче демонструють, як природа може служити планом інноваційних технічних рішень.
Основи біоміметики в робототехніці
Біоміметика, також відома як Bionik, описує систематичну передачу механізмів та методів від природи до технології. Цей міждисциплінарний підхід все більше спостерігається в таких сферах, як матеріальні науки, робототехніка, відновлювана енергія, медицина та інформаційні технології. Замість того, щоб копіювати природу по одній, вчені стосуються розуміння основних принципів та адаптації їх до технічних застосувань.
Інженери завжди надихнули природою, пояснює Хартмут Вітте, керівник відділу біомехатроніки в Ілменау. Bionics служить методом не лише просування та систематизації цієї асоціації, але й для розширення основи для розробки технічних продуктів. Еволюція створила організми, які ідеально пристосувались до їхнього середовища, і саме ці корективи забезпечують цінні моделі для наслідування для інновацій у технологіях.
При перенесенні біологічних принципів на технології стає зрозуміло, що справжня біоніка не впізнається за зовнішніми характеристиками, пояснює Вітте. Йдеться не про просту наслідування зовнішньої форми, а про адаптацію функціональних принципів, які були розроблені в досконалість у природі.
Підходить для цього:
Комахи, натхненні комахами: технічні чудеса в мініатюрному форматі
Завдяки їх розмірам, ефективності та дивовижним навичкам, комахи доступні як ідеальні моделі для наслідування для розробки мікро роботів. Її високорозвинені характеристики польоту, механізми руху та навички адаптації надихнули дослідників у всьому світі технічно відтворити ці біологічні системи.
Robobee: Літаючий мікро робот Гарварду
Одним з найвідоміших прикладів робототехніки, натхненної комахами, є Роботі Гарвардського університету. Цей крихітний літаючий робот важить лише десятий грам і має розкладку крил лише 3 сантиметри. Робот складається з трьох основних компонентів: тіла, виготовленого з вуглецевого волокна, вафельних крил та "мозку", який складається з ряду інтелектуальних датчиків.
Крила живляться від п'єзоелектричних приводів - своєрідних штучних м’язів, які перетворюють електричну енергію в рух. Ця технологія дозволяє Micro Robot літати, плавати та здійснювати складні маневри, такі як справжня бджола.
Більше прикладів мікро -роботів, натхнених комахами
В Каліфорнійському університеті, Берклі, інженери розробили ще менший польотний робот, натхненний комахами. З діаметром менше 1 см і вагою лише 21 мг, це найменший бездротовий робот у світі, який може літати контрольованим чином. Однак, на відміну від Robobee, цей робот використовує зовнішні магнітні поля як привід та контроль.
Дослідники Bionik з Інституту технологій Джорджії, в свою чергу, розробили мікроботи, що імітують поведінку мурашок. Ці крихітні роботи містять лише 1,8 міліметри, товщиною 0,8 міліметра і важать близько 5 міліграмів. Бачення дослідників: рої цих електронних комах можуть перейняти запилення рослин у сільському господарстві.
Завдання безпечної посадки
Однією з найбільших проблем для літаючих мікро роботів є безпечна посадка. Через їх невеликі розміри та легку вагу вони особливо сприйнятливі до розмивання повітря та нестабільності, особливо біля землі.
Проблема посадки Robobebee
"Поки ми вимкнули транспортний засіб над землею під час посадки, просто скинули його і молилися, щоб він закінчився і безпечно приземлився", - пояснює Крістіан Чан, докторант Гарвардської дослідницької групи. Ця неконтрольована посадка була значним ризиком для чутливих п'єзоелектричних приводів та філігранних крил робота, які легко можуть бути пошкоджені ударом.
Проблема посилювалася так -зведеним SO -зведеним ефектом ґрунту -переміщенням повітря, яке спрацьовує крилами, і призводить до нестабільності при посадці. Ці аеродинамічні виклики ускладнюють, що крихітні роботи польоту опиняться контрольованим чином.
Земельне рішення, натхнене Шнакеном
Щоб вирішити цю проблему, вчені з Гарвардського університету подивилися на кран -муху (Schnake), комаху з подібними розмірами, як і Robobe. Кран Муха здатна здійснити елегантні посадки на різних підкладках, завдяки своїм довгим гнучким ногам, які можуть парувати посадки.
Натхненний цією природною моделлю, команда розробила новий стіл для посадки для Robobee: чотири довгі, гнучкі ноги, подібні до крана. Ці ноги досить довгі та гнучкі, щоб переконатися, що земля була безпечною від землі до того, як на основі основного тіла робота вплине проблемна турбулентність повітря.
Окрім механічних вдосконалень, вчені також адаптували контроль польоту робота, орієнтуючись на посадку поведінки крана. Вони прискорюються від плаваючого польоту, потім гальмують до цільової мети і встановлюють низьку швидкість удару. Потім існуюча енергія удару реєструється механічною зоною посадки.
Альтернативні методи посадки для мікро -роботів
Ще одна посадкова технологія, натхненна комахами, була розроблена дослідниками Гарвардського університету для попередніх версій Robobee. У той час як реальні комахи часто використовують своєрідний клей для дотримання вертикальних поверхонь, дослідники покладалися на електростатичне потяг, щоб прикріпити робот до колодки. Такий підхід вимагає лише невеликої кількості енергії, щоб виправити світловий робот.
Ще одна чудова розробка відбувається з Нанкінського університету аеронавтики та космонавтики (NUAA), де дослідники розробили робот комах, який поєднує навички польоту та альпінізму. Цей робот може приземлитися на вертикальну стіну, підніматися по ній і знову злетіти - навички, яку він зміг продемонструвати на різних матеріалах, таких як скло, дерево, мармур і навіть кора дерев.
Біоміметичні підходи, що виходять за межі технології посадки
Природа надихає робототехніку не лише на розробку методів посадки, але в численних аспектах мікророботики. Від механізмів локомоції до систем затримання до поняття - природа пропонує багатий резервуар рішень.
Розширені системи руху
Дослідницька група Гарвардського університету розробила мікро комах під назвою "Маленька лють" зі штучним "півнем", натхненним стрибками півнів. Цей робот може стрибати вражаючими 1,4 метра, що відповідає 23 рази перевищує його довжину тіла. Механізм стрибків заснований на "фуркулі" стрибкових півнів, які працюють як напружена весна.
У Tu Ilmenau дослідники відділу біомехатроніки побудували невеликий робот-гусеницю, який оснащений так званою "гекко-шапкою". Цей матеріал був натхненний клейкими механізмами гекосів, павуків та жуків, які можуть працювати на вертикальних поверхнях і навіть на стелі без клейових рідин.
Автономна навігація та поведінка рою
Ще одна важлива сфера біоміметичної робототехніки - автономна навігація. Вчені Шведського університету Лунда розробили концепцію нової системи орієнтації безпілотників, заснованої на альтернативній поведінці комах. Спостереження показали, що бджоли базуються на інтенсивності світла в навігації, щоб уникнути перешкод.
Дослідники в Угорщині знову перенесли поведінку комах до безпілотників. За допомогою нещодавно розробленого алгоритму до дев'яти індивідуальних літальних апаратів може літати у формуванні, а таким чином також орієнтуватися в плутанинних умовах, таких як міста.
Підходить для цього:
Потенціал застосування та майбутні перспективи
Мікро -роботи, натхненні комахами, обіцяють різноманітні програми в різних областях.
Сільське господарство та моніторинг навколишнього середовища
Одним з найбільш захоплюючих потенційних застосувань є штучне запилення. З огляду на глобальне занепад бджолиних популяцій, рої роботів можуть одного дня допомогти запилити рослини. Крім того, ці мікро роботи можуть бути використані в моніторингу навколишнього середовища для збору даних про умови навколишнього середовища, недоступні для більших дронів.
Розвідка та допомога катастрофи
Завдяки їх невеликому розміру, під час вивчення вузьких приміщень, зруйнованих будівель або інших складних середовищ можна використовувати робочі роботи мікрору, натхненні комахами. У районах катастрофи ви можете надати цінну інформацію, не ставлячи людей в небезпеку.
Медичні програми
У довгостроковій перспективі мініатюрні роботи можуть бути використані навіть у медичній галузі. Роми крихітних роботів, можливо, можуть проводити діагнози або навіть здійснювати лікування в організмі людини.
Поточні межі та майбутні події
Незважаючи на вражаючий прогрес, мокрові роботи, натхненні комахами, все ще стикаються з значними проблемами. Наприклад, Robobee все ще підключений до зовнішніх систем управління кабелем, що обмежує його мобільність. Дослідники працюють над мініатюризуючими датчиками, контролем та енергопостачанням, щоб мати можливість встановити їх безпосередньо в польотний робот.
Мініатюризація цих компонентів вважається "потрійним священним граальом" мікророботики і являє собою величезні технічні проблеми. Тим не менш, бачення дослідників зрозуміло: повністю автономні рої мікро -роботів, які можуть виконувати складні завдання в різних умовах.
Природа як інженер: прогрес у мікророботиці
Біоміметика революціонізувала розробку мікророботики, дозволяючи інженерам отримати користь від мільйонів років еволюційної оптимізації. Нещодавній прогрес у методах посадки, натхнених комахами для мікроботів, таких як Robobe, вражаюче демонструє потенціал такого підходу.
Завдяки імітації природних систем дослідники не тільки розробляють більш ефективні та більш міцні роботи, але й отримують цінну інформацію про самі біологічні механізми. Як і Алісса Ернандес, постдоктор та співавтор дослідження Robobee, пояснює: "Ми можемо використовувати ці роботи для біологічних досліджень та досліджень, тест біомеханічних гіпотез".
Майбутнє біоміметичної робототехніки обіцяє подальші захоплюючі розробки, тоді як дослідники продовжують застосовувати невичерпне джерело натхнення, щоб освоїти технічні виклики сучасності. Шлях від спостереження за природними явищами до його технічної реалізації не завжди простий, але, як показує історія успіху Роботі, це може призвести до новаторських нововведень, які можуть революціонізувати численні сфери нашого життя.
Підходить для цього:
Ваш глобальний партнер з маркетингу та розвитку бізнесу
☑ Наша ділова мова - англійська чи німецька
☑ Нове: листування на вашій національній мові!
Конрад Вольфенштейн
Я радий бути доступним вам та моїй команді як особистого консультанта.
Ви можете зв’язатися зі мною, заповнивши тут контактну форму або просто зателефонуйте мені за номером +49 89 674 804 (Мюнхен) . Моя електронна адреса: Вольфенштейн ∂ xpert.digital
Я з нетерпінням чекаю нашого спільного проекту.
