发表于：2025年4月20日 /更新，发表于：2025年4月20日 - 作者： Konrad Wolfenstein
与Robobe and Co。的微型物体中的仿生学：昆虫的着陆技术如何驱动机器人技术 - 创意图像：XPERT.DIGITAL
根据自然而计算的：仿生学如何改变机器人的限制
小助手：昆虫机器人征服农业，医学等
大自然已经为数百万年的复杂挑战开发了非凡的解决方案。正是自然系统的这种效率和优雅越来越多地激发了发展高级机器人技术的科学家。受昆虫启发的仿生学带来了令人印象深刻的突破，尤其是在微生物学领域。最重要的是，微动物的着陆技术的最新进展是受小吃和蜜蜂等昆虫的启发的，它令人印象深刻地证明了自然如何作为创新技术解决方案的蓝图。
机器人技术中的基础知识
仿生物，也称为Bionik，描述了机制和方法从自然到技术的系统传播。这种跨学科的方法在物质科学，机器人技术，可再生能源，医学和信息技术等领域越来越观察。科学家没有将大自然一对一地复制，而是关注理解基本原则并将其适应技术应用。
Ilmenau生物技术部门负责人Hartmut Witte解释说，工程师一直受到自然的启发。 Bionics不仅是促进和系统化这种关联的方法，而且还可以扩大技术产品开发的基础。进化产生了完美地适应其环境的生物，正是这些调整为技术创新提供了宝贵的榜样。
Witte解释说，当将生物学原理转移到技术上时，很明显，真正的生物学不是外部特征可识别的。这不是仅仅模仿外部形式，而是关于在自然界中发展为完美的功能原理的适应。
适合：
昆虫启发的微型机器人：微型格式的技术奇迹
由于其规模，效率和惊人的技能，昆虫可以作为微型机器人开发的理想榜样。她高度发达的飞行特征，运动机制和适应能力激发了全世界的研究人员在技术上重现这些生物系统。
Robobee：哈佛的飞行微型机器人
哈佛大学的Robobee是昆虫启发的机器人技术的最著名的例子之一。这个微小的飞行机器人仅重达十克，只有3厘米的翼展。 Robobee由三个主要组成部分组成：由碳纤维制成的物体，晶圆的翅膀和“大脑”，由许多智能传感器组成。
机翼由压电执行器提供动力 - 一种将电能转化为运动的人造肌肉。这项技术使微型机器人可以飞行，浮动并进行复杂的动作，例如真实的蜜蜂。
昆虫灵感的微型机器人的更多示例
在加利福尼亚大学伯克利分校，工程师开发了一个更小的昆虫灵感飞行机器人。直径小于1厘米，重量仅为21 mg，它是世界上最小的无线机器人，可以以受控方式飞行。但是，与Robobee不同，该机器人使用外部磁场作为驱动器和控制。
佐治亚理工学院的Bionik研究人员反过来又开发了模仿蚂蚁行为的微型机器人。这些微小的机器人仅1.8毫米宽，厚度为0.8毫米，重约5毫克。研究人员的视野：这些电子昆虫群可以接管农业中植物的授粉。
安全着陆的挑战
飞行微型机器人面临的最大挑战之一是安全着陆。由于它们的尺寸较小和重量轻，它们特别容易受到空气弹性和不稳定性的影响，尤其是在地面附近。
Robobebee的着陆问题
哈佛大学研究小组的博士生克里斯蒂安·陈（Christian Chan）解释说：“到目前为止，我们已经在登陆的地面上关闭了车辆，只是将其放下，并祈祷它结束并安全地着陆。”这种不受控制的着陆是机器人的敏感压电执行器和丝质机翼的危险，这很容易受到影响。
SO称为SO的土壤效应 - 空气位移触发的空气位移加剧了问题，并导致降落时不稳定。这些空气动力学挑战使小型飞行机器人以受控方式最终出现特别困难。
受Schnaken启发的土地解决方案
为了解决这个问题，哈佛大学的科学家们研究了起重机苍蝇（Schnake），这是一种与罗伯相似的昆虫。由于它们的长而柔软的腿可以蒸腾降落，起重机苍蝇能够在各种基材上进行优雅的登陆。
受这种自然模型的启发，该团队为Robobee开发了一个新的着陆力：四个长而灵活的腿，类似于起重机飞行。这些腿足够长，足够灵活，以确保在机器人的主体受到问题的空气湍流影响之前，地面可以免受地面的安全。
除了机械的改进外，科学家还改编了机器人的飞行控制，使自己定向了起重机飞行的着陆行为。这些从浮动飞行中加速，然后朝着着陆目标刹车，并以低冲击速度设置。然后，机械着陆区记录了仍然存在的冲击能量。
微型机器人的替代着陆技术
哈佛大学的研究人员开发了另一种受昆虫启发的登陆技术，用于先前版本的罗伯比（Robobee）。虽然真实的昆虫通常使用一种粘合剂来粘附在垂直表面上，但研究人员依靠静电吸引力来将机器人连接到垫子上。这种方法仅需要少量的能量来修复轻机器人。
南京航空与宇航员大学（NUAA）的另一个显着发展是，研究人员开发了一种结合飞行和攀岩技能的昆虫机器人。该机器人可以降落在垂直墙上，沿着它爬上并再次脱下 - 他能够在玻璃，木材，大理石甚至树皮等不同材料上演示的技能。
植物性方法超越着陆技术
大自然不仅在着陆技术的开发中激发了机器人技术，而且在微型机器人的许多方面都激发了机器人技术的启发。从运动机制到拘留系统到推动概念 - 自然提供了丰富的解决方案储备。
高级运动系统
哈佛大学研究小组已经开发了一个微型昆虫机器人，称为“ Little Fury”，其人造“公鸡”受到跳公鸡的启发。该机器人可以跳到令人印象深刻的1.4米，对应于其身体长度的23倍。跳跃机制是基于跳跃公鸡的“ furcula”，它们像紧张的弹簧一样工作。
在Tu Ilmenau，生物技术部门的研究人员建造了一个小型机器人毛毛虫，该机器人配备了所谓的“壁虎盖”。该材料的灵感来自壁虎，蜘蛛和甲虫的粘合机制，这些机制可以在垂直表面，甚至在天花板上运行，而无需粘合液。
自主导航和群
仿生机器人技术的另一个重要领域是自主导航。瑞典隆德大学的科学家根据昆虫的替代行为开发了一种新的无人机定向系统的概念。观察结果表明，蜜蜂是基于导航中的光强度以避免障碍物的。
匈牙利的研究人员再次将昆虫的群体行为转移到无人机上。借助新开发的算法，多达九架飞机可以飞行，因此在令人困惑的城市（例如城市）中导航。
适合：
应用潜力和未来的前景
受昆虫启发的微肢体有望在不同地区进行多种应用。
农业和环境监测
最迷人的潜在应用之一是人工授粉。鉴于蜜蜂种群的全球衰落，众多的罗比人可能有一天有助于对植物进行授粉。此外，这些微型机器人可用于环境监控，以收集有关较大无人机无法接近的环境条件的数据。
勘探和救灾
由于它们的尺寸很小，在探索狭窄的房间，倒塌的建筑物或其他复杂环境时，可以使用昆虫启发的微型机器人。在灾难地区，您可以提供有价值的信息而不会使人们处于危险之中。
医疗应用
从长远来看，小型机器人甚至可以在医疗领域使用。一群微小的机器人可能会进行诊断，甚至可以在人体中进行治疗。
当前的边界和未来的发展
尽管取得了令人印象深刻的进展，但昆虫启发的微型机器人仍面临着巨大的挑战。例如，Robobee仍通过电缆连接到外部控制系统，这限制了其移动性。研究人员正在研究微型传感器，控制和能源供应，以便能够将其直接安装在飞行机器人中。
这些组件的微型化被认为是微型机器人的“三重神圣圣杯”，代表了巨大的技术挑战。然而，研究人员的愿景很清楚：完全自主的微型机器人可以在各种环境中执行复杂的任务。
自然作为工程师：微型机器人的进展
仿生学通过使工程师能够从数百万年的进化优化中受益，从而彻底改变了微生物学的发展。昆虫启发的微型机器人（例如Robobe）的最新进展令人印象深刻地证明了这种方法的潜力。
由于模仿了自然系统，研究人员不仅开发了更有效，更健壮的机器人，而且还获得了对生物学机制本身的宝贵见解。像Robobee研究的Postdoctor兼合着者Alyssa Hernandez解释说：“我们可以将这些机器人平台用于生物学研究和研究，这是生物力学假设测试。”
仿生机器人技术的未来有望进一步引人入胜，而研究人员继续利用无穷无尽的灵感来源，以掌握当时的技术挑战。从观察自然现象到其技术实施的道路并不总是那么容易，但是正如Robobee的成功故事所表明的那样，它可能导致开创性的创新，这些创新有可能彻底改变我们生活的许多领域。
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