Як робототехніка може взяти приклад із природи

Роботи та робототехніка пройшли довгий шлях від того, як вони були джерелом розваг для письменників наукової фантастики, щоб стати інструментом розвитку людського суспільства. 

Очікується, що між 2016 і 2028 роками світовий ринок робототехніки зросте майже з від 23 до понад 45 мільярдів доларів США. На початку свого розвитку робототехніка вважалася чимось, що обмежуватиметься промисловими просторами. 

Навпаки, більше половини ринку робототехніки зараз становить сервісна робототехніка. Сьогодні роботи знаходять широке застосування в автомобільній промисловості, хімічній промисловості, електричній/електронній промисловості, харчовій промисловості, медичній промисловості тощо. Більш інноваційно постачальники робототехніки забезпечують її використання в більш традиційних сферах, таких як сільське господарство, домашня праця та розваги. 

Хоча це правда, що роль робототехніки була трансформаційною в багатьох звичайних галузях, чи може вона чомусь навчитися в навколишньому світі? Сьогодні ми уважно розглянемо сценарії, коли робототехніка може взяти приклад із природи. 

Як робототехніка, натхненна біотехнологіями, може збагатитися завдяки жукам-верторогам

Відомі як найшвидші у світі плаваючі комахи, жуки-вертушки можуть розвивати прискорення 100 метрів за секунду та максимальну швидкість 100 довжин тіла за секунду, або 1 метр за секунду, якщо бути точним. Але як вони досягають такої швидкості та прискорення?

Їхня стратегія польоту була вивчені дослідниками і опубліковано в журналі Current Biology. Дослідження проходило під назвою «Жук-вертлюг використовує тягу на основі підйому для найшвидшого плавання комах». 

Дослідження розгорнуло дві високошвидкісні камери, синхронізовані під різними кутами. Результатом стало відео, яке детально описує механізм польоту: тяга на основі підйому. Він працював подібно до гвинта, при цьому штовхаючий рух відбувався перпендикулярно до поверхні води. Цей механізм допомагає усунути опір і надає більше імпульсу для більшої швидкості. 

Чому ця знахідка важлива? Хоча це правда, що тяга на основі підйомної сили вже була виявлена ​​у великих організмах, це дослідження показує, що це явище стосується масштабу довжини всього в 1 сантиметр. 

За словами Кріса Роха, доцента кафедри біологічної та екологічної інженерії в Коледжі сільського господарства та наук про життя, це відкриття спонукає робототехніку та інші інженерні спільноти спочатку визначити правильну фізику, а потім спробувати зберегти цю фізику при створенні робототехніки. . 

Зокрема, Ро вважає, що це явище може знайти застосування в розробці роботизованих кораблів без екіпажу, які можуть бути набагато меншими та більш гнучкими, використовуючи механізми підйомної сили, що генерують рушії. Сполучені Штати знаходяться в процесі розробки таких човнів, які будуть вільні від обмежень пропонувати гостинність екіпажу. 

Це дослідження спонукає нас подивитися на робототехніку в новому світлі. Завжди можна взяти підказки від природи та перепроектувати їх людино-механічні конструкції. Ми знайшли ще кілька прикладів такої синергії між природою/людьми та машиною. 

Робот, натхненний восьминогом, якого сприйняли як майбутнє м’якої робототехніки

Створений у 2016 році Сесілією Ласкі, професором Інституту біоробототехніки Святої Анни, Піза, Італія, Робот, натхненний восьминогом був надзвичайно гнучким і міг реагувати на навколишнє середовище з набагато більшою чутливістю та точністю, ніж більшість інших м’яких роботів, розроблених до того часу. За словами Лаші:

«Ця відносно нова область досліджень може змінити наші уявлення про те, на що здатні роботи та де вони можуть бути корисними».

Робот, який вимагав набагато менше обчислювальної потужності та був набагато вправнішим у пересуванні по нерівній місцевості, міг вбирати рідину, а потім викидати її зі свого тіла. Він міг бігти по бурхливому морському дну, використовуючи всі свої вісім ніг. 

Робот був побудований з електроактивних полімерів, які спотворювалися під впливом електрики. Робот пройшов успішне випробування в Середземному морі на початку 2016 року. Його розробка допомогла галузі м'якої робототехніки з тих пір досягти набагато більшого прогресу. 

В одному випадку у 2017 р. Гарвардський університет придумав Octobot, м’який робот із заміною всіх механічних компонентів аналогічними м’якими системами. Він був надрукований на 3D-принтері та мав інкрустовані канали, що полегшують керування потужністю та рухом, що живиться через газову пневматику. 

Окрім розробок, натхненних восьминогами, робототехніка, натхненна біологією, також імітувала інших тварин. Інженери École Polytechnique Fédérale de Lausanne, наприклад, розробили робота, який імітував рухи саламандри. 

Інша команда дослідників черпала натхнення у змій. Завдяки їхнім властивостям долати через складні та заплутані місцевості ці роботи можуть виявитися корисними в дослідженні космосу. 

Pleurobot і Snakebot: робототехніка, яка зробила можливими складні рухи

Команда  Pleurobot черпає натхнення від руху саламандри. Він має унікальне хребетне, яке допомагає роботу ковзати у воді та виходити з неї. Має 11 спинномозкових сегментів. З точки зору зору, розробка робота була спрямована на те, щоб стимулювати роботу спинного мозку людини, а також спосіб взаємодії мозку з ним. 

Імітація рухів саламандри за допомогою робота стала вирішальним проривом, оскільки саламандри можуть переходити від повзання до ходьби та плавання, виконуючи той самий рух. Він змінює лише швидкість. Такі інновації можуть виявитися трансформаційними та революційними, якщо їх застосувати в машинах і роботах. 

З іншого боку, Snakebot був дітищем групи дослідників Університету Карнегі-Меллона. Вони мали на меті розробити робота, який імітував би рухи змії під час повзання по складній місцевості, крізь завали та навколо перешкод. Робот мав 37 дюймів у довжину та 2 дюйми в діаметрі та мав 16 суглобів. Востаннє повідомлялося, що NASA використовувало цих роботів у своїх проектах дослідження космосу. 

Завдяки цим та багатьом іншим розробкам роботи, які беруть приклад із природи, також відомі як біоробототехніка, стали великими. Массачусетський технологічний інститут, один із найбільш шанованих і шанованих навчальних закладів інженерії у світі, має курс біотехніки під його управлінням машинобудування. 

Курс має на меті заохочувати «міждисциплінарний підхід до дизайну, натхненного біотехнологіями, з наголосом на вилученні принципів, застосовних до різних галузей дослідження робототехніки, таких як робототехніка, протезування та допоміжні технології людини».

Не тільки великі інституції зацікавлені в цьому, але й великі технологічні компанії також з великим ентузіазмом беруть участь у біотехніці. Наприклад, Boston Dynamics, компанія, придбана Hyundai у 2021 році за угоду, оцінену в 1.1 мільярда доларів США, розробила робота, який копіює собаку для виконання багатьох складних завдань. Чотирилапу машину назвали Spot. 

1. Місце Boston Dynamics: чотирилапий робот, який копіює собаку

Розвинений як a безголовий жовтий пес, Пляма, по Бостон Динаміка, міг підніматися в гору та пересуватися сходами. Пристрій коштував 74,500 XNUMX доларів США. Він слугував багатьом цілям, від інспектування заводів, будівельних майданчиків і небезпечних середовищ, він міг підніматися сходами і навіть переміщатися по ним. 

Спот тепер здатний працювати 24X7, без втручання. Він може заряджатися автономно та динамічно переплановувати навколо нових перешкод. За офіційними цифрами, На сьогодні роботи Spot охопили понад 1,000 клієнтів. 

Spot обслуговує низку галузей промисловості, включаючи виробництво, енергетику та природні ресурси, будівництво, наукові та освітні установи та уряд. 

Після Hyundai закрив свою угоду щоб придбати Boston Dynamics, вона володіла 80% акцій компанії. SoftBank через одну зі своїх філій контролював решту 20 відсотків. 

Hyundai опублікувала зведену інформацію фінансова звітність за 2022 рік станом на 21 березня 2023 року. У 6,126,969 році компанія заробила 2022 3,782,498 2021 корейських вон у мільйонах, що значно перевищує 2022 7,207 XNUMX корейських вон у мільйонах, зароблених у XNUMX році. Дивіденди, виплачені у XNUMX році, становили XNUMX XNUMX мільйонів. 

2. Придбання SevenSense компанією АББ: прорив у розробці роботів, натхненних природою

АББ, ще один світовий лідер робототехніки, нещодавно придбаний Sevensense, швейцарський стартап спеціалізується на підвищенні мобільності промислових роботів. Зокрема, SevenSense розробляє та створює роботизовані системи на основі датчиків і штучного інтелекту, які мають функції очей і мозку, щоб маневрувати навколо рослин, щоб пересуватися по всьому заводському простору. 

Рішення не обмежуватимуться постачаними виробничими лініями, які зазвичай використовують фіксовані магнітні стрічки. Ці роботи можуть переміщати 2 тонни матеріалів зі швидкістю 1.5 метра в секунду. Вони оснащені шістьма камерами. За словами Самі Атії, керівника відділу робототехніки та дискретної автоматизації АББ: 

«За старої системи, коли вам потрібно було змінити виробничу лінію на 100 метрів, додавши, наприклад, нову виробничу камеру, було неможливо відвести робота. Тепер ми можемо зробити це легко».

За його останніми наявний фінансовий звіт, річний дохід АББ склав 29.4 доларів США мільярдів у 2022 році порівняно з 28.9 мільярдами доларів США у 2021 році.

3. Мотобот Yamaha, натхненний людиною-гонщиком

Не лише морські тварини та наші чотириногі друзі, а й роботи також беруть приклад з нас, людей. Унікальний проект Yamaha, Мотобот, має на меті створити ідеального гуманоїдного робота для керування транспортним засобом без модифікацій для автономного використання. Motobot може автономно керувати транспортним засобом, збираючи дані про швидкість автомобіля, оберти двигуна, положення машини та подібні параметри. 

Yamaha планує надати Motobot високоточний GPS, датчики тощо, щоб мати можливість розпізнавати місцезнаходження машини та приймати більш зважені рішення на найкращих маршрутах для пересування по гоночній доріжці та межі продуктивності мотоцикла. 

Щоб розробити Motobot, Yamaha співпрацює з SRI International, провідним світовим дослідницьким інститутом. Бачення полягає в тому, щоб черпати натхнення та знання з основних технологій, що використовуються в розробці MOTOBOT, таких як керування роботами та створення інтерфейсу людина-машина. 

Згідно з останнім доступним річним звітом за 2022 фінансовий рік, Yamaha отримала дохід у розмірі понад 408 мільярдів японських ієн року з прибутком від основної діяльності 43 мільярди японських ієн. 

Список нескінченних розробок

У наш обмежений проміжок часу ми могли б обговорити кілька кардинальних випадків, коли робототехніка черпала значне натхнення з природи. Однак огляд доступних наукових публікацій показує, що це лише верхівка айсберга. Робототехніка, як напрям вивчення, досліджень, розробок і застосування, значною мірою черпає з природи і буде продовжувати це робити. 

Роботи-дрони, наприклад, значною мірою натхненні птахами. Не лише з точки зору механізму польоту, птахи також надихають дрони ефективно літати в погану погоду та серед сильного вітру. 

Пірнання птахів призвело до створення Водний мікроповітряний транспортний засіб (AquaMAV) в Лабораторії повітряної робототехніки в Імперському коледжі Лондона. Ці AquaMAV можуть занурюватися у воду на високій швидкості, вискакувати назад і виштовхувати воду через струмінь. Ці рішення знаходять застосування в ряді випадків, включаючи збір проб води для проведення рятувальних місій або дослідження під водою.

Метелики надихнули мікроботів на особливий тип структури крил, який міг би допомогти їм літати далі та уникати нещасних випадків. 

Boston Dynamics, одна з компаній, про яку ми вже говорили, має іншого робота під назвою Atlas, який є розумний двоногий гуманоїд. 

Джессіко — це підводний робот, який використовує ласти для пересування по воді. DelFly Micro — це 3.07-грамовий робот із махаючими крилами, який, як видно з назви, створений за мотивами мухи. Світ також став свідком появи чотириногих м’яких роботів, натхненних черепахами, надрукованих на 3D. 

Природа має мільйони тварин і комах. Еволюційні здібності цих тварин і комах змушують їх робити дивовижні речі. Люди не є винятком. Вивчення того, як працюють ці тіла, відкриє багато можливостей для роботів. 

За допомогою цих роботів можна виконати багато завдань, які вимагають від людей поїздок у небезпечні місця. Ці роботи можуть не тільки виконувати ці завдання, але й виконувати їх з більшою швидкістю та ефективністю з великою витонченістю та точністю. Це може допомогти виконувати багато повторюваних завдань, щоб мати більше часу для людського мозку, щоб робити те, що він вміє найкраще: створювати ідеї та створювати нові речі, щоб рухати цивілізацію вперед. 

Натисніть тут, щоб переглянути список десяти найкращих робототехнічних компаній.