Микророботы сегодня и перспективы их создания

микроробот

Они будут помогать лечить болезни, выполнять опасные виды работ, строить здания, бороться с вредителями... Это развивающийся мир новых микророботов.

Муравей является находкой эволюции, на которую ушло миллионы лет. Они поднимают грузы, превышающие их собственный вес и работают в группах с точной координацией. После осмотра окрестностей и поиска источника пищи, химический след служит кратким руководством для остальной части муравейника. Работая вместе, эти насекомые совершают подвиги, которые неустанно удивляют людей. «Они впечатляют как механические системы. Когда мы начали изучать, мы думали, что они могут поднимать вес в тысячу раз больше их собственного веса», говорит Карлоса Кастро, профессор авиационно-космической техники в Университете штата Огайо занимающийся изучением биомеханики. Это правда? Его команда обнаружила, что они выдерживают давление оказываемое весом, который до 5000 раз превышает их вес тела.

Помимо их силы удивляет и скорость: муравей пробегает триста метров в час. Секрет, как и у других насекомых в их биологии и размере. Будучи настолько малы, у них есть свои недостатки (их можно убить одним ударом), но и много преимуществ. Благодаря своему маленькому весу им легче летать или оставаться прикреплёнными к любой поверхности, кроме того им не требуется больших энергетических ресурсов для поддержания длительной активности.

Технология, которая подражает природе
Можем ли мы черпаем вдохновение из физических свойств этих насекомых для создания электронных устройств? Будет ли лучше, если мы наши роботы сделаем меньше, а не будет создавать наподобие человека? Ответ — да. Для того чтобы найти доказательства стоит просто посетить Стэнфордский университет в Калифорнии, где команда исследователей во главе с Дэвидом Кристенсен и Эллиотом Хоукесs создала MicroTugs, миниатюрного робота способного перетаскивать крупные объекты.

Это маленькая машина, весящая девять грамм способна поднимать стекло весящее за килограмм. Большая из них, двенадцатиграммовая, перетаскивает по горизонтальной поверхности вес в двадцать килограмм. Они делают это с помощью механизма сцепления, который невозможно создать для робота большего размера, это позволяет перетаскивать объекты проволокой намотанной на катушку при помощи небольшого электрического двигателя.

Эти механизмы являются частью семейства микророботов, устройства которые мы часто видим на технологических выставках или видео на YouTube, размеры которых измеряются в миллиметрах или нескольких сантиметров. Воспользовавшись малым размером насекомых, они могут сыграть решающую роль в нашем будущем. Чтобы быть точным, термин микроробот говорит о машине размером меньше одного миллиметра в длину, но как правило за таковую считается любое устройство размером с насекомое или с биомеханическими свойствами аналогичным таковым. «Люди борются с силой тяжести и трением, чтобы переносить предметы или перемещаться, но в меньших масштабах можно воспользоваться преимуществами других свойств и силы для решения необходимых задач», говорит инженер Кристенсен.

Некоторые тоньше волоса
Любой автомат, работающий в этой области, принадлежит к группе микророботов, и мы по-прежнему можем уменьшить их размер. Нанороботы это также быстро развивающееся направление и включает в себя машины менее десяти микрон или микрометров. Разница не только в размерах. Если микророботы предназначены для работы в мире объектов соизмеримых с людьми, нанороботы часто фокусируется на манипуляции на молекулярном уровне.

Он делается с помощью микроэлектромеханических систем, также известных как MEMS, если сокращенно на английском языке. Это шестерни, зажимы и невероятно малых размеров двигатели, изготовленные из кремния или смарт-полимеров и металлов которые могут реагировать и двигаться при наличии электрических токов. Найти четкую границу между двумя областями еще сложнее. Один из самых маленьких нанороботов составляет 130 мкм в длину. Это не больше толщины человеческого волоса и перемещается он вдоль поверхности при помощи электродов, которые обеспечивают необходимой энергией. Этот поразительный эксперимент произошел в лаборатории Дартмутского колледжа и в настоящее время не имеет четкого предназначения.

Ученые из Гонконгского университета создали робота аналогичных размеров, способного доставлять лекарственные средства в конкретные области в человеческом теле. Они разработали работоспособный прототип, поскольку такие решения могут помочь в борьбе с болезнями, которые не имеют легкого лечения или рискованно выполнять операцию, требующую высокую точность. В октябре прошлого года Нобелевская премия по химии была присуждена этой разработке. Награда досталась британцу Фрезеру Стоддарту, голландцу Бернарду Ферингу и французу Жан-Пьер Саважу «за проектирование и синтез молекулярных машин». Их изобретение представляет молекулы управляемые светом, теплом, электрическим зарядом или другим видом энергии, например, для формирования осей и переплетенных колец, которые представляют структуры в 50000 раз тоньше волоса, как говорит Саваж.

Роботы, которые можно увидеть только с помощью микроскопа
В то же время Феринг и его команда создали наномашину, которая перемещается по металлической поверхности и приводится в движение четырьмя колесами при помощи света и электричества. Это открывает двери для многочисленных приложений. Феринг говорит: «можно создать крошечные роботы, чтобы ввести их в организм для поиска раковых клеток и уничтожения их».

Эти неординарные случаи. Большинство лабораторий и компаний сосредоточили свои исследования на механических устройствах от одного до десяти сантиметров в длину, которые предлагают ряд преимуществ по сравнению с традиционными роботами. Их небольшой размер и вес кроме физической силы позволяют им ходить по воде и прилипать к стенкам, в тоже время они могут быть интегрированы в более сложные приборы и датчики, такие как камеры или небольшие манипуляторы.

Идея создания крошечных роботов не нова и, как это часто бывает в технике, подпитывалась научной фантастикой. Представляя себе мир населенный механическими гуманоидами, многие писатели в конечном итоге исследовали такие понятия как роботизированные животные и, как следствие, насекомых. Книги и фильмы, как «Фантастическое путешествие» (1966), в котором ученые уменьшаются до почти молекулярного размера и проникают в тело пациента, побудили интерес к возможности создания крошечных машин. Появление в конце прошлого века полупроводниковых приборов, интегральных схем и методов миниатюризации послужили первым шагам в этом направлении. На сегодняшний день микророботы является одной из инженерных дисциплин с большими перспективами.

Более надежно, быстро и экономично
Мы находимся в области, которая по разным причинам интересует военных, биотехнологические и даже строительные компании. Эти машины потребляют меньше энергии, они небольшие и дешевле в производстве, поскольку требуют меньшего количества материала. Их можно оснастить новыми системами тяги, как магнитная или электростатическая адгезия и сверхлегкими крыльями, как у пчел, стрекоз, мух и комаров.

Они также могут оснащаться новыми источниками энергии, такими как небольшие солнечные или термоэлектрические генераторы, которые генерируют энергию или источники беспроводной зарядки. Их малый размер делает их идеальными в области медицине, так как они могут действовать внутри тела, не прибегая к хирургии.

Самое большое преимущество этих роботов — это возможность работать сообща. «Точность может быть достигнута при сотрудничестве с минимальной избыточностью и суммированием их возможностей по линейному закону», говорит Кристенсен. Синхронно два десятка его MicroTugs могут тянуть автомобиль среднего размера.

Они могут самовосстанавливаться
Эти возможности изменили мнение многих ученых, которые больше не видят будущее робототехники в больших андроидах, чтобы помочь нам с самыми сложными и опасными задачами. Стая маленьких роботов всех видов может выполнить работу которую мы не в состоянии выполнить, или требуются затраты большого количества времени и усилий от транспортировки лекарств в части тела пострадавших болезни до строительства зданий.

Эти роботы будут способны создавать копии самих себя и использовать переработанные материалы для замены блоков вышедших в ходе сбоя. Если сегодня механическая рука на заводе, например, на сборочной линии ломается, то линию стоит остановить пока поломка не будет устранена. В будущем производство микророботов будет происходить без перерыва, потому что сами роботы будут ремонтировать своего партнера или новый заменит его место в течении нескольких секунд.

Насколько мы близки к такому видению? Есть несколько препятствий, которые необходимо преодолеть. Самая важная – это автономия. Машина может таким образом интегрировать лишь очень небольшую батарею и хотя есть методы, которые могли бы облегчить энергетические потребности некоторых моделей, нужны крупные инвестиции. При этом мелкие роботы должны быть очень похожи на больших.

Другим важным вопросом является коммуникация. Только в последние годы мы начали изучать трудности связанные с коллективным поведением (типа роя) и работать с программными моделями, которые позволяют этот тип согласованного поведения между машинами. Это проблема также связана с большим количеством приложений. Если в один прекрасный день у нас появятся автономные автомобили, движущиеся по улицам, необходимо будет общение нескольких приложений и координация движения, чтобы обеспечить максимальную безопасность и эффективность.

Тем не менее, существуют очень конкретные ситуации, где микророботы могут быть использованы в качестве альтернативы более крупным машинам. Инженеры Массачусетского технологического института в США в сотрудничестве с Шеффилдским университетом в Англии и Токийским технологическим институтом в Японии создали устройство, которое принимается в виде таблеток и способно за несколько часов подзаряжать батарею — это частая проблема только в США, это касается более чем 3500 детей в год и требует сложного хирургического вмешательства. Робот складывается как кусок оригами и представляет собой капсулу, в желудке он передвигается, чтобы найти и подзарядить батарею, прежде чем он нанесет непоправимый вред.

Заставьте их работать сообща и ложитесь спать
Строительство и другие промышленные отрасли также извлекут выгоду из этих достижений. Компания «SRI International» имеет платформу для создания микророботов составляющих несколько миллиметров в длину. Ключом служит интеллектуальная поверхность, которая подпитывает их и перемещает в нужном направлении. С ее помощью роботы не нуждаются в батареях, чтобы запустить себя. На этой поверхности десятки подобных устройств, каждое из которых оснащено необходимыми рабочими инструментами и программой для конкретной задачи, как создание лески или манипуляция небольшим количеством жидкости. При необходимости они даже могут создавать инструменты.

Прогресс в области миниатюризации компонентов и новых материалов позволяет роботам быстро и более эффективные строить, выполнять более сложные задачи. Задача заключается в том, чтобы увидеть, как далеко мы можем продвинуться при создании самых захватывающих устройств.

А также рекомендуем:
перспективы 5G
Технология 5G предлагает перспективное будущее для пользователей интернета и обычных граждан. Это то, что нас ждет в ближайшем будущем. Скорость передачи данных в 1000 раз больше, чем в LTE (четвертое поколение). ...
Подробнее
взламываемые пароли
Создание защищенного и сложного пароля является лучшим методом, чтобы наши данные были надежно защищены. Сегодня мы изучим самые часто взламываемые пароли. 2016 год был полон вопросов безопасности, ведь безопасность паролей не ...
Подробнее
робот под водой
В ноябре 1664 года, флагманом флота La Lune, французского короля Людовика XIV, затонул в 30 км от Тулона на юго-востоке Франции. 352 года спустя, OceanOne, человекоподобный робот, созданный в Стэнфордском ...
Подробнее
робот помогает женщине
В ближайшем будущем многие устройства смогут распознавать, как мы чувствуем, таким образом, роботы станут одними из наших самых близких друзей. Мы проводим больше времени наедине с телефоном и компьютером, чем с ...
Подробнее
робот-доставщик пиццы
Его зовут DRU, он избегает препятствия и обладает большим запасом хода до 20 км без подзарядки батареи. Не существует дня без прогресса в области робототехники, с механической изобретательностью наша жизнь становится ...
Подробнее
Что мы можем знать о технологии 5G
Самые незащищенные пароли
Подводный робот OceanOne
Появляются роботы, которые способны распознавать эмоции
Первый робот, который доставляет пиццу на дом
Вы можете пропустить чтение записи и оставить комментарий. Размещение ссылок запрещено.

Оставить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :schu: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :njam: :mrgreen: :lol: :laila: :idea: :grin: :gaf: :foto: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: