Mikrobotika
A mikrorobotika a robotika azon ága, amely a mikrométer skálán mozgó roboteszközök tervezését tanulmányozza; mikrométertől milliméterig.
Ez a tudományág magában foglalja a kis mobil robotok fejlesztését és gyártását. A mikrorobotika kifejezést néha mikrometrikus méretű robotelemek vagy szoftverelemek gyártására is utalják, amelyek képesek mikrometrikus alkatrészek kezelésére.
Még kisebb méretarányban nanobotról beszélünk .
Méret és meghatározás
A " micro " előtagot sokat használták szubjektíven kis robotok kijelölésére, de nagyon változó méretűek. A méretnagyságok nevének egységesítésére szolgáló projekt elkerüli az összetévesztést. Így :
- A nanobot mérete legfeljebb 1 mikrométer, vagy lehetővé teszi az alkatrészek manipulálását 1 és 1000 nm közötti tartományban.
- A mikrorobot jellemző méretei kevesebb, mint 1 mm,
- egy millirobot mérete kevesebb, mint egy cm (milliméterben mérik),
- egy minirobot mérete kisebb, mint 10 cm ,
- egy kis robot mérete 100 cm- nél kisebb lenne .
Történelem és előrelátás
A mikrorobotika első eredete talán a kisméretű automatákban, majd a tudományos fantasztikában keresendő .
A mikrorobotika még mindig nagyon kialakulóban lévő tudományág, de kísérleti mikrorobotok már léteznek.
Noha meglehetősen egyszerű a kialakítása, néhányan már például vízen is mozoghatnak, például gerris vagy mászhatnak a falakon.
Az 1990-es évek óta megjelent nanokomponensek és nanomotorok mintha kifinomultabb nanorobotok létrehozására utalnának az elkövetkező években vagy évtizedekben. Néhány prospectivists még tervez konvergencia (az úgynevezett „ NBIC ” ) technológiák a miniatürizálás, az adatok feldolgozása, a biológia és a kommunikáció.
Az egyik trend lehet, hogy a fejlődés a biológiai motorok , mint energiaforrás, ami használható például baktériumok, mint a S. marcescens nemzetségbe tartozó Serratia , tudja felhasználni kémiai energia megtalálható a környezet és a használható működtetni a robot eszközt. A biorobotokat közvetlenül vezérelhetik olyan ingerek is , mint a kemotaxis vagy a galvanotaxis .
A vezeték nélküli kapcsolatok közül (például a WiFi az otthoni automatizálási hálózatokban) gyorsan megnő a mikrorobotok kommunikációs kapacitása a környezettel, ami lehetővé teszi számukra az összetettebb és összehangoltabb feladatok elvégzését.
2008-ban sikerült irányítanunk és megrendelnünk (például arra, hogy párban vagy négyen összeállítsuk őket, és 2 vagy 4 kezdeti mikrorobotot vékonyabbak, mint a haj átmérője).
A mikrorobotika kifejlesztésére jellemző feltételek
A mikrorobotok kifejlesztése magában foglalja bizonyos fizikai jelenségek jobb megértését és elsajátítását ebben a léptékben, mivel a mikrorobot olyan erőknek van kitéve, amelyek mikrometrikus skálán nagy jelentőséget kapnak, és amelyek nem zavarnának egy nagyobb méretű tárgyat;
Mikrorobotikai tartalmazza a tanulmány gyártási folyamatok (mikro-rendszerek, még nano-rendszerek, beleértve a mikro- vagy nanoelektronika ) szükséges nagyon kis méretű elemeket .
A biomimetikum olyan tudományág, amely mikrorobotokat inspirál,
Mikromechanika
Lehetővé kell tennie a robot számára, hogy mozogjon és kölcsönhatásba lépjen a környezetével, például:
- Of tapintást , amelyek lehetővé teszik a robot, hogy csatlakozzanak egy robot, és esetleg megragadni tárgyakat, hogy össze egy másik microrobot, vagy rögzíteni, hogy a szubsztrát ;
- A mikromotoren lehetővé mobil elemek szerinti lépés egy vagy több szabadsági fokkal ;
- mikro- giroszkóp vagy alternatív eszközök teljesítő hasonló feladatokat kívánnak venni;
- innovatív utazási módok; Például, mint a gerris, a mikrorobotok már mozoghatnak a vízen, kihasználva ennek a folyékony "szubsztrátumnak" a felületi feszültségét. Megpróbáljuk utánozni a gekkók tapadókorongjait is, hogy egy több grammos vagy tíz grammos robot járhasson a mennyezeten vagy bármilyen támaszon (a Carnegy Mellon Egyetem Nanolab egyetemének Geckohair programja ). A hallgatók olyan tapadási rendszereken dolgoznak, amelyek változó meredekségű fokozatokhoz alkalmazkodnak, lehetővé téve a felfüggesztett járást (a mennyezetről, lepedő alatt stb.).
Biomimetikus
A robotika egyik inspirációs forrása maga a Természet, amely számos mechanizmust és viselkedést tesztelt, amelyek közül néhány érdekes a robotika számára. Az ideghálózatok és idegközpontok működésének utánzása, valamint a primitív állatok gerincvelőjének központi generátorai már lehetővé teszik bizonyos mechanizmusok utánzását, mint a séta, úszás, futás, mászás. Az izomcsoportokat szervomotorok váltják fel, amelyeket azonban a mozgás és a járás, az úszás, a csúszómászás vagy a futás ritmusának reprodukálása követ, az ideghálót utánzó számítógépes mikrokapcsolatokra elosztott impulzusok szerint.
Az utánzás néha még ennél is tovább megy. például:
- A Nanolab arra törekszik, hogy azonosítson és reprodukáljon bizonyos , állatok által szintetizált, nagyon tapadó kolloid molekulákat ( csigák , meztelen csigák , egyes bogarak az ilyen molekuláknak köszönhetően erősen, de ideiglenesen képesek megtapadni a hordozót). Olyan műszereket fejleszt, amelyek alkalmasak az ilyen típusú ragasztók teljesítményének mérésére.
- a nanolab egy tartály alakú kis robotot készített, amely tapadósínekkel van felszerelve, és ezekhez ragaszkodva mászhatnak a falakon;
- A nanolab kifejlesztett egy ragasztó mikrofibrillumot is, amely lehetővé teszi a nem vízszintes sík nagyon erős tapadását, de az a teljesítmény, amelyet még messze nem tudunk reprodukálni, az az, hogy az élő rendszerek képesek gyógyulni, táplálkozni és szaporodni. új etikai kérdések , amelyek túlmutatnak a bioetika szokásos területén .
- A szalamandra ihlette robot könnyen fejlődik a vízi környezetből a szárazfölddé; A csirke vágott fejjel reflexszerűen tovább tud futni, megmutatva, hogy a gerinc és a gerincvelő tartalmazzák az alapvető motoros központokat.
- A robotok ( szalamandra vagy kígyó ) utánozzák a csúszást. Ezen az alapelven Joseph Ayers (a Bostoni Északkeleti Egyetem) robotokat is kifejlesztett, amelyek utánozzák a mocsár és a homár mozgását.
Kockázatok és korlátok
A biomimetika által kiváltott egyik kockázat az, hogy a túlságosan állatszerűnek tűnő robotokat összekeverik modelljeikkel, és valódi ragadozók vadásznak rájuk.
Mikroelektronika
A mikroprocesszorok lehetővé teszik a számítógépes szoftverek futtatását, autonómiát adva a robotnak. A mikrorobotokhoz nagyon alacsony teljesítményű mikroprocesszorokra van szükség, mivel ezeket könnyűnek kell tartani, és nem képesek magukkal hordozni egy nagy áramforrást.
Biomechanika
A kutatóknak sikerült animálni egy robotot, pontosabban elérni, hogy a robot reagáljon az akadályokra vagy a fényre a patkány idegsejtjeinek köszönhetően.
Mikro- vagy nano-érzékelők
Engedélyezniük kell, hogy a robot felkutassa (vagy megtalálja) a környezetét;
Ilyenek például a fényre reagáló sejtek, hőmérséklet-, nyomás-, hullámérzékelők, rádióantennák stb. még egy mikro kamera .
Lehetséges felhasználások
Reméljük, hogy automatikusan képesek olyan feladatokat végrehajtani, amelyek veszélyesek, fájdalmasak, ismétlődnek vagy lehetetlenek az ember számára (kis helyiségekben, légüres térben), vagyis olyan feladatokat, amelyek egyszerűbbek, de jobban teljesítik őket, mint egy ember.
A prospektivisták elképzelik, hogy felhasználhatók
-
ipari és műszaki robot (amely képes például nagyon kicsi alkatrészek vagy mechanizmusok felépítésére, a gép belsejének diagnosztizálására vagy javítására szétszerelés nélkül, csövek belülről történő ellenőrzésére stb. Képzeljük el, hogy képesek vákuumban vagy levegő hiánya stb.)
-
robotporszívó vagy a jelenleg létezőknél kisebb és diszkrétebb háztartási készülékek
-
játékos robot (oktatási robotokat kell programozni ... Jelenleg csak robotok képét viselő játékok formájában léteznek, amelyek azonban nem maguk), vagy BEAM típusú oktató robotok (rövidítés: "Biological, Electronic, Az esztétikai és mechanikai ") nem túl intelligens robotok, mikrokontroller vagy bármilyen beágyazott program nélkül ; Rugó vagy egyszerű gumiszalag lehet mechanikai energiaforrás kis kísérleti projekteknél.
-
Orvosi robot vagy orvosi segítség. egy mikrorobot talán egyszer élő szervezetben működhet.
- űr mikropróbák vagy mikrorobotok, amelyeket az űrbe kell küldeni az elfoglalt térfogat és az űrkutatás során hordozandó terhelés megtakarítása érdekében
Autonómia
Az autonóm működéshez a mikrorobotnak rendelkeznie kell:
- kellően hatékony érzékelők (mikro- vagy nanoszenzorok )
- energia-autonómia, amely nagy teljesítményű mikroelemeket, alacsony energiafogyasztást vagy külső energiaforrás (napenergia, mikrohullámú sugár, hidrogéncelláját ellátó hidrogénforrás, biomimetikus kapacitás energiának szerves anyagból történő kinyerését) megkövetelését igényli. ). Az energiatakarékosság egyik módja annak biztosítása, hogy a mikrorobot különféle funkciói csak szükség esetén és optimális módon aktiválódjanak. A fennmaradó idő alatt készenléti állapotba kerülnek, ami nem akadályozza a passzív mozgást (szél, áram, jármű stb. Elviszi).
- lyozzák fedélzeti intelligencia rendszer (egyéni vagy kollektív esetén robotok kiegészítő funkciókkal együtt dolgoznak, mint a hangyák egy hangyaboly ) és / vagy kommunikációs lehetővé kölcsönhatások vagy a távirányítón.
Az oktatási programnak elég kifinomultnak kell lennie ahhoz, hogy megfelelő válaszokkal reagáljon és reagáljon az egyszerű eseményekre és a környezet ( ingerek ) változásaira (külön-külön vagy együttesen, mint például a hangyaboly egy hangyabolyban).
Mikrobotok az irodalomban és a moziban
Különböző tudományos-fantasztikus és filmszerzők mikro- vagy akár nanorobotokat használnak regényeikben, novelláikban vagy filmjeikben, például mikrodrónok formájában.
Megjegyzések és hivatkozások
-
Videó, amely bemutatja a mikrorobotok vezérlőrendszerét (összefoglaló) (Duke University)
-
http://nanolab.me.cmu.edu/projects/geckohair/
-
Új Scientis Blog, "Ihletet merítve a természettől"
-
Szintetikus bogárragasztók Folyadékokat felhasználva a jobb tapadás érdekében , Nanolab , hozzáférés 2010/04/11
-
Adhéziós erő jellemzése , Nanolab, hozzáférés: 2010.04.11
-
Ragasztó robottartály , Nanolab, hozzáférés 2010/04/11.
-
[Irányított mikrofibrilláris ragasztók]
-
gerincvelő- egyenértékű robot-szalamandra , 2007. március, konzultáció: 2010 04 11), amelyet egy francia-svájci csapat fejlesztett ki
-
Cikk a francia-svájci robot szalamandráról (New Scientis, 2007. március, konzultáció: 2010 04 11.)
-
[1]
Lásd is
Kapcsolódó cikkek
Külső linkek