Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с Microrobotics )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для видеоигры см. MicroBot .
Мини-роботы Jasmine шириной менее 3 см (1 дюйм) каждый.

Микроботика (или микроробототехника ) - это область миниатюрной робототехники, в частности мобильных роботов с характерными размерами менее 1 мм. Этот термин также может использоваться для роботов, способных работать с компонентами микрометрового размера.

История [ править ]

Микроботы родились благодаря появлению микроконтроллера в последнее десятилетие 20-го века и появлению миниатюрных механических систем на кремнии (MEMS), хотя многие микроботы не используют кремний для механических компонентов, кроме датчиков.Самые ранние исследования и концептуальный дизайн таких маленьких роботов проводились в начале 1970-х годов в рамках (тогда) секретных исследований для спецслужб США . Рассматриваемые в то время приложения включали в себя помощь военнопленным и миссии электронного перехвата. Базовые технологии поддержки миниатюризации не были полностью разработаны в то время, поэтому прогресс в разработке прототипов не был достигнут сразу после этого раннего набора расчетов и концептуального дизайна. [1] По состоянию на 2008 год самые маленькие микророботы используют привод с царапинами . [2]

Развитие беспроводных соединений, особенно Wi-Fi (то есть в домашних сетях ), значительно увеличило коммуникационные возможности микроботов и, следовательно, их способность координировать свои действия с другими микроботами для выполнения более сложных задач. Действительно, многие недавние исследования были сосредоточены на коммуникации микроботов, включая рой 1,024 роботов в Гарвардском университете, которые собираются в различные формы; [3] и производство микроботов в SRI International для программы DARPA «MicroFactory for Macro Products», которые могут создавать легкие и высокопрочные конструкции. [4] [5]

Микроботы, называемые ксеноботами , также были созданы с использованием биологических тканей вместо металла и электроники. [6] Ксеноботы избегают некоторых технологических и экологических сложностей традиционных микроботов, поскольку они автономны, биоразлагаемы и биосовместимы.

Соображения по дизайну [ править ]

В то время как префикс «микро» субъективно использовался для обозначения «маленький», стандартизация шкал длины позволяет избежать путаницы. Таким образом, наноробот будет иметь характерные размеры в 1 микрометр или меньше, или манипулировать компонентами в диапазоне размеров от 1 до 1000 нм. [ необходимая цитата ] Микроробот будет иметь характерные размеры менее 1 миллиметра, миллиробот будет иметь размеры менее см, миниробот будет иметь размеры менее 10 см (4 дюйма), а маленький робот будет иметь размеры менее 100 см. (39 дюймов). [ необходима цитата ]

Из-за своего небольшого размера микроботы потенциально очень дешевы и могут использоваться в больших количествах ( ройная робототехника ) для исследования сред, которые слишком малы или слишком опасны для людей или более крупных роботов. Ожидается, что микроботы будут полезны в таких приложениях, как поиск выживших в разрушенных зданиях после землетрясения или ползание по пищеварительному тракту. То, что микроботам не хватает мускулов или вычислительной мощности, они могут компенсировать за счет использования большого количества, как в роях микроботов.

Способ передвижения микророботов зависит от их предназначения и необходимого размера. При субмикронных размерах физический мир требует довольно причудливых способов передвижения. Число Рейнольдса для бортовых роботов меньше единицы; в вязких силах доминируют силы инерции , так что «летающие» может использовать вязкость воздуха, а не принцип Бернулли подъемной силы. Роботам, движущимся в жидкостях, могут потребоваться вращающиеся жгутики, как у подвижной формы кишечной палочки . Прыжки незаметны и энергоэффективны; он позволяет роботу преодолевать поверхности самых разных ландшафтов. [7]Новаторские расчеты (Solem 1994) исследовали возможное поведение, основанное на физических реалиях. [8]

Одна из основных задач при разработке микроробота - добиться движения с использованием очень ограниченного источника питания . Микророботы могут использовать небольшой легкий аккумуляторный источник, такой как монетный элемент, или могут поглощать энергию из окружающей среды в виде вибрации или световой энергии. [9] Микророботы теперь также используют биологические двигатели в качестве источников энергии, такие как жгутиковые Serratia marcescens , для извлечения химической энергии из окружающей жидкости для приведения в действие роботизированного устройства. Этими биороботами можно напрямую управлять с помощью таких стимулов, как хемотаксис или гальванотаксис.с несколькими доступными схемами управления. Популярной альтернативой бортовому аккумулятору является питание роботов от внешнего источника. Примеры включают использование электромагнитных полей, [10] ультразвука и света для активации и управления микророботами. [11]

См. Также [ править ]

  • Искусственный интеллект
  • Claytronics

Ссылки [ править ]

  1. ^ Solem, JC (1996). «Применение микроробототехники в войне» . Технический отчет Лос-Аламосской национальной лаборатории LAUR-96-3067 . DOI : 10.2172 / 369704 .
  2. ^ "Балет микророботов" . Университет Дьюка . 2 июня 2008 года Архивировано из оригинала на 2011-04-03 . Проверено 24 августа 2014 .
  3. ^ Hauert, Сабина (2014-08-14). «Рой из тысячи роботов принимает формы» . Ars Technica . Проверено 24 августа 2014 .
  4. ^ Мисра, Риа (2014-04-22). «Этот рой созданных насекомыми микроботов невероятно умный» . io9 . Проверено 24 августа 2014 .
  5. ^ Темпл, Джеймс (2014-04-16). «SRI представляет крошечных роботов, готовых создавать большие вещи» . повторно / код . Проверено 24 августа 2014 .
  6. ^ Кригман, Сэм; Блэкистон, Дуглас; Левин, Михаил; Бонгард, Джош (2020). «Масштабируемый конвейер для проектирования реконфигурируемых организмов» . Труды Национальной академии наук . 117 (4): 1853–1859. DOI : 10.1073 / pnas.1910837117 . PMC 6994979 . PMID 31932426 .  
  7. ^ Solem, JC (1994). «Подвижность микророботов». В Лэнгтоне, К. (ред.). Искусственная жизнь III: Материалы семинара по искусственной жизни, июнь 1992 г., Санта-Фе, Нью-Мексико . 17 . Исследования Института Санта-Фе по наукам о сложности (Аддисон-Уэсли, Рединг, Массачусетс). С. 359–380.
  8. ^ Кристенсен, Ларс Кролл (2000). «Айнц: исследование эмерджентных свойств в модели поиска пищи муравьями» . В Бедау, Массачусетс; и другие. (ред.). Искусственная жизнь VII: Материалы седьмой Международной конференции по искусственной жизни . MIT Press. п. 359. ISBN. 9780262522908.
  9. ^ Meinhold, Бриджет (31 августа 2009). «Стаи солнечных микроботов могут революционизировать сбор данных» . Жить .
  10. ↑ Федеральная политехническая школа Лозанны (18 января 2019 г.). «Исследователи разрабатывают умных микророботов, которые могут адаптироваться к окружающей среде» . Phys.org .
  11. ^ Чанг, Сук Тай; Паунов, Веселин Н .; Пцев, Димитер Н .; Велев, Орлин Д. (март 2007 г.). «Самоходные частицы и микронасосы с дистанционным питанием на основе миниатюрных диодов». Материалы природы . 6 (3): 235–240. DOI : 10.1038 / nmat1843 . ISSN 1476-1122 . PMID 17293850 .