Mikrorobotik
De mikrorobotik er den gren af robotter , der studerer udformningen af robotindretninger bevæger sig Mikrometerskalaen; fra mikrometer til millimeter.
Denne disciplin inkluderer især udvikling og fremstilling af små mobile robotter. Udtrykket mikrorobotics bruges undertiden også til at henvise til produktionen af mikrometriske robotelementer eller softwareelementer, der er i stand til at styre mikrometriske komponenter.
På endnu mindre skalaer taler vi om en nanobot .
Størrelse og definition
Præfikset " mikro " er blevet brugt meget til subjektivt at betegne små robotter, men i meget varierende størrelser. Et projekt til standardisering af navne til størrelsesskalaer undgår forvirring. Så:
- En nanobot har dimensioner på 1 mikrometer eller mindre eller tillader, at komponenter manipuleres i området fra 1 til 1000 nm i størrelse.
- En mikro-robot ville have karakteristiske dimensioner mindre end 1 millimeter,
- en millirobot ville have dimensioner mindre end en cm (den måles i millimeter),
- en minirobot ville have dimensioner mindre end 10 cm ,
- en lille robot ville have dimensioner mindre end 100 cm .
Historie og fremsyn
Den første oprindelse af mikro-robotik findes måske i små automater og derefter i science fiction .
Mikrorobotics er stadig en meget voksende disciplin, men der findes allerede eksperimentelle mikro-robotter .
Selvom det er ret simpelt i design, kan nogle for eksempel allerede bevæge sig på vand som gerris eller klatre op på vægge.
De nanokomponenter og nano-motorer, der er dukket op siden 1990'erne, synes at antyde oprettelsen af mere sofistikerede nanoroboter i de kommende år eller årtier. Nogle prospektivister forestiller sig endda en konvergens (kendt som “ NBIC ” ) af miniaturisering, datalogi, biologi og kommunikationsteknologi.
En tendens kan være udviklingen af biologiske motorer som energikilder, som f.eks. Vil bruge bakterier som Serratia marcescens tilhørende slægten Serratia , der er i stand til at forbruge kemisk energi, der findes i sit miljø og kan bruges til at aktivere robotindretningen. Biorobotter kan også styres direkte af stimuli såsom kemotaxis eller galvanotaxis .
Af trådløse forbindelser (for eksempel WiFi i hjemmeautomationsnetværk) vil øge kommunikationskapaciteten hos mikro-robotter hurtigt med deres miljø, hvilket kan give dem mulighed for at udføre mere komplekse og koordinerede opgaver.
I 2008 lykkedes det os at orientere og bestille (for eksempel at få dem til at samles parvis eller i firere og i en afstand 2 eller 4 rudimentære mikrorobber tyndere end hårets diameter
Betingelser, der er specifikke for udviklingen af mikrorobotics
Udviklingen af mikrorobotter involverer bedre forståelse og mestring af bestemte fysiske fænomener i spil på disse skalaer, fordi en mikrorobot udsættes for kræfter, der får stor betydning ved mikrometriske skalaer, og som ikke ville forstyrre et objekt af større størrelse;
Mikrorobotik omfatter studiet af fremstillingsprocesser (mikrosystemer, selv nano-systemer, herunder mikro- eller nanoelektronik ), der kræves for meget små skala elementer .
Det biomimetiske er en discipliner inspirerer mikrorobotics,
Mikromekanik
Det skal tillade robotten at bevæge sig og interagere med sit miljø, for eksempel med:
- Af haptik, der tillader robotten at klæbe til en robot og muligvis at gribe genstande, at samle en anden mikrorobot eller være forankret i et substrat ;
- af mikromotorer, der muliggør mobile elementer i henhold til en eller flere frihedsgrader ;
- mikro- gyroskoper søges eller alternative anordninger opfylder tilsvarende funktioner,
- innovative rejsemåder For eksempel, ligesom gerris, kan mikrorobotter allerede bevæge sig på vand ved at udnytte overfladespændingen af dette flydende "substrat". Vi forsøger også at efterligne sugekopper med geckoer for at tillade en robot på flere gram eller snesevis af gram at gå i loftet eller på enhver støtte (Geckohair-program fra Nanolab fra Carnegy Mellon-universitetet ). Studerende arbejder på adhæsionssystemer, der tilpasser sig forskellige grader af hældning, hvilket tillader ophængt gang (fra loftet, under et ark osv.).
Biomimetisk
En af inspirationskilderne til robotteknologi er naturen selv, som har testet et stort antal mekanismer og adfærd, hvoraf nogle er af interesse for robotteknologi. Efterligning af funktionen af neurale netværk og nervecentre og centrale generatorer af rygmarven hos primitive dyr gør det allerede muligt at efterligne visse mekanismer som at gå, svømme, løbe, kravle. Muskelgrupperne erstattes af servomotorer, men som animeres ved at gengive bevægelser og rytme til at gå, svømme, kravle eller løbe i henhold til impulser, der distribueres til computerens mikrokredsløb, der efterligner nervenettet.
Imitation går undertiden endnu længere. for eksempel:
- Nanolab arbejder på at identificere og reproducere visse meget klæbende kolloide molekyler syntetiseret af dyr ( snegle , snegle , visse biller kan stærkt, men midlertidigt holde sig til en støtte takket være sådanne molekyler). Det udvikler instrumenter, der er tilpasset til at måle ydeevnen for denne type klæbemiddel.
- nanolab har produceret en lille robot i form af en tank, udstyret med klæbende spor, der kan klatre op på vægge ved at holde fast ved dem;
- Nanolab har også udviklet klæbende mikrofibriller, der muliggør en meget forstærket vedhæftning på et ikke-vandret plan, men en ydeevne, som vi langt fra er i stand til at vide, hvordan man reproducerer, er levesystemers evne til at helbrede, fodre og reproducere, kapaciteter, som også nye etiske spørgsmål , der går ud over det sædvanlige felt for bioetik .
- En robot inspireret af salamanderen udvikler sig let fra et vandmiljø til jordbaseret; En kylling kan fortsætte med at løbe refleksivt med hovedet afskåret, hvilket viser, at rygsøjlen og dens rygmarv indeholder de vigtige motorcentre.
- Robotter ( salamander eller slange ) efterligner gennemsøgning. På dette princip udviklede Joseph Ayers (Northeastern University i Boston) også robotter, der efterligner bevægelser af lamprey og hummer.
Risici og grænser
En af de risici, som biomimetik fremkalder, er, at robotter, der ligner for meget dyr, forveksles med deres modeller og jages af rigtige rovdyr.
Mikroelektronik
De mikroprocessorer tillader udførelse af computersoftware afgive autonomi til robotten. Mikroprocessorer med meget lav effekt er nødvendige til mikrorobotter, fordi de skal holdes lette og ikke kan bære en stor strømkilde med sig.
Biomekanik
Forskere har formået at animere en robot eller mere præcist at få robotten til at reagere på forhindringer eller lys takket være kulturer af rotte neuroner.
Mikro- eller nano-sensorer
De skal tillade robotten at lokalisere sig selv (eller lokalisere den) i sit miljø;
Disse er for eksempel celler, der reagerer på lys, sensorer for temperatur, tryk, bølger, radioantenner osv. selv en mikro- kamera .
Mulige anvendelser
Man håber, at de automatisk kan udføre opgaver, der er farlige, smertefulde, gentagne eller umulige for mennesker (i små rum, i et vakuum), dvs. opgaver, der er enklere, men ved at gøre dem bedre end et menneske ville gøre.
Prospektivister forestiller sig, at de kan bruges som
-
industriel og teknisk robot (i stand til f.eks. at bygge meget små dele eller mekanismer, diagnosticere eller reparere indersiden af en maskine uden at demontere den, inspicere en rørledning indefra osv. Vi forestiller os dem muligvis i stand til at arbejde i vakuum eller i fravær af luft osv.)
-
robotstøvsuger eller mindre og mere diskrete husholdningsapparater end dem, der i øjeblikket findes
-
legende robot (pædagogiske robotter, der skal programmeres ... I øjeblikket findes de kun i form af legetøj, der ligner robotter, men som ikke er dem selv) eller uddannelsesrobotter af BEAM- typen (akronym af "Biological, Electronic, Æstetisk og mekanisk ") er ikke meget intelligente robotter uden mikrokontroller eller indlejret program af nogen art; En fjeder eller et simpelt elastik kan være en kilde til mekanisk energi til små eksperimentelle projekter.
-
Medicinsk robot eller medicinsk assistance. en mikro-robot kunne måske en dag operere i en levende organisme.
- rummikroprober eller mikrorobotter, der skal sendes ud i rummet for at spare den besatte volumen og den belastning, der skal bæres i udforskning af rummet
Autonomi
For at være autonom skal mikrorobotten have:
- tilstrækkeligt effektive sensorer (mikro- eller nanosensorer )
- energiautonomi, som kræver højtydende mikrobatterier, lavt energiforbrug eller evnen til at finde og bruge en ekstern energikilde (sol, mikrobølgestråle, kilde til brint, der leverer sin brintcelle, biomimetisk kapacitet til at udvinde energi fra organisk materiale .. ). En måde at spare energi på er at sikre, at de forskellige funktioner i en mikrorobot kun aktiveres, når det er nødvendigt og på en optimal måde. Resten af tiden sættes de i standby, hvilket muligvis ikke forhindrer det i at bevæge sig passivt (båret af vind, strøm, et køretøj osv.)
- et indbygget efterretningssystem (individuelt eller kollektivt i tilfælde af robotter med komplementære funktioner, der fungerer sammen, som myrer i en myretue ) og / eller kommunikation, der muliggør interaktion eller fjernbetjening.
Instruktionsprogrammet skal være sofistikeret nok til at reagere på og reagere på forekomsten af enkle begivenheder og ændringer i miljøet ( stimuli ) (individuelt eller kollektivt, som for eksempel myrer i en myretue) med passende svar.
Mikrorobotter i litteratur og biograf
Forskellige science fiction- og filmforfattere bruger mikro- eller endda nanorobotter i deres romaner, noveller eller film, for eksempel i form af mikrodroner.
Noter og referencer
-
Video præsenterer et kontrolsystem (resumé) af mikro-robotter (Duke University)
-
http://nanolab.me.cmu.edu/projects/geckohair/
-
Ny Scientis-blog med titlen "Tager inspiration fra naturen"
-
Syntetiske billeklæbemidler Brug af væsker til bedre vedhæftning , Nanolab , adgang til 2010/04/11
-
Adhesion Force Characterization , Nanolab, adgang til 2010/04/11
-
Selvklæbende robottank , Nanolab, adgang til 2010/04/11.
-
[Retningsbestemte mikrofibrillære klæbemidler]
-
En robot-salamander udstyret med en rygmarvsækvivalent , marts 2007 hørt 2010 04 11) udviklet af et fransk-schweizisk hold
-
Artikel om den fransk-schweiziske robotsalamander (New Scientis, marts 2007 hørt 2010 04 11)
-
[1]
Se også
Relaterede artikler
eksterne links