Hvordan robotikk kan ta et signal fra naturen

Fra å være en kilde til underholdning for science fiction-forfattere til å bli et verktøy for utvikling for det menneskelige samfunn, har roboter og robotikk reist en lang avstand. 

Mellom 2016 og 2028 forventes det globale robotmarkedet å vokse fra nesten USD 23 milliarder til mer enn USD 45 milliarder. Under oppstarten ble robotikk tenkt på som noe som ville forbli begrenset til industrielle rom. 

Tvert imot, mer enn halvparten av robotmarkedet består nå av tjenesterobotikk. Roboter, i disse dager, finner bred bruk i bilindustrien, kjemisk industri, elektrisk/elektronisk industri, næringsmiddelindustri, medisinsk industri og mer. Mer innovativt sørger robotikkleverandører for bruk i mer tradisjonelle felt som landbruk, husholdningsarbeid og underholdning. 

Selv om det er sant at robotikkens rolle har vært transformerende på mange konvensjonelle felt, kan den lære en ting eller to av verden rundt oss? I dag skal vi se nærmere på scenarier der robotikk kan ta et signal fra naturen. 

Hvordan bio-inspirert robotikk kan berike seg selv fra Whirligig Beetles

Whirligig-biller, kjent som verdens raskest svømmende insekt, kan oppnå en akselerasjon på 100 meter per sekund og en topphastighet på 100 kroppslengder per sekund, eller 1 meter per sekund, for å være nøyaktig. Men hvordan oppnår de slik hastighet og akselerasjon?

Deres flystrategi var studert av forskere og publisert i tidsskriftet Current Biology. Studien gikk under tittelen "Whirligig Beetle Uses Lift-Based Thrust for Fastest Insect Swimming." 

Forskningen distribuerte to høyhastighetskameraer synkronisert i forskjellige vinkler. Utgangen var videoen som beskrev den flygende mekanismen: løftebasert skyvekraft. Den fungerte på samme måte som en propell, med skyvebevegelsen utspilt vinkelrett på vannoverflaten. Mekanismen hjelper til med å eliminere luftmotstand og gir mer fart for høyere hastighet. 

Hvorfor er dette funnet viktig? Selv om det er sant at løftebasert skyvekraft allerede ble identifisert i organismer i stor skala, viser denne studien at fenomenet gjelder en lengdeskala så lav som 1 centimeter. 

I følge Chris Roh, assisterende professor i biologisk og miljøteknikk ved College of Agriculture and Life Science, taler denne oppdagelsen til bioinspirert robotikk og andre ingeniørmiljøer for først å identifisere den riktige fysikken og deretter prøve å bevare den fysikken i å lage robotikken. . 

Mer spesifikt mener Roh at dette fenomenet kan finne bruk i utviklingen av ubemannede robotskip, som kan være mye mindre og mer fleksible ved å utnytte de løftegenererende fremdriftsmekanismene til hvirvler. USA er i ferd med å utvikle slike båter som vil være fri fra begrensningene ved å tilby gjestfrihet til mannskapet. 

Denne forskningen får oss til å se robotikk i et nytt lys. Det er alltid mulig å ta signaler fra naturen og reversere dem inn i menneske-mekaniske design. Vi har funnet noen flere eksempler på slik synergi mellom natur/mennesker og maskinen. 

Blekksprut-inspirert robot som ble hyllet som fremtiden for myk robotikk

Opprettet i 2016 av Cecilia Laschi, professor ved Sant'Anna's BioRobotics Institute, Pisa, Italia, Blekksprutinspirert robot var utrolig fleksibel og kunne reagere på miljøet med mye mer følsomhet og nøyaktighet enn de fleste andre myke roboter som ble utviklet til da. Med Laschis ord:

"Dette relativt nye forskningsfeltet har potensial til å øke ideene våre om hva roboter er i stand til og hvor de kan være nyttige."

Roboten som krevde langt mindre datakraft og var mye flinkere til å bevege seg i ulendt terreng, kunne trekke inn væske og deretter kaste den ut av kroppen. Den kunne løpe over den grove havbunnen ved å bruke alle sine åtte ben. 

Roboten ble bygget med elektroaktive polymerer som forvrengte seg når den ble utsatt for elektrisitet. Roboten hadde sin vellykkede testing i Middelhavet tidlig i 2016. Utviklingen har hjulpet innen myk robotikk gjort mye mer fremgang siden den gang. 

I ett tilfelle, i 2017, Harvard University kom opp med Octobot, en myk robot med alle dens mekaniske komponenter erstattet med analoge myke systemer. Den ble 3D-printet og hadde innlagte kanaler som letter kraft- og bevegelseskontroll, drevet gjennom gassdrevet pneumatikk. 

Bortsett fra den blekksprutinspirerte utviklingen, etterlignet den bioinspirerte robotikken også andre dyr. École Polytechnique Fédérale de Lausanne-ingeniørene utviklet for eksempel en robot som etterlignet en Salamanders bevegelse. 

Et annet team av forskere hentet inspirasjon fra slanger. På grunn av egenskapene deres til å kunne krysse gjennom komplekse og intrikate terreng, kan disse robotene vise seg nyttige i romutforskning. 

Pleurobot og Snakebot: Robotikk som gjorde komplekse bevegelser mulig

Ocuco Pleurobot henter inspirasjon fra en salamanderbevegelse. Den har et unikt virveldyr som hjelper roboten å gli inn og ut av vannet. Den har 11 ryggradssegmenter. Visjonsmessig var utviklingen av roboten rettet mot å re-stimulere måten den menneskelige ryggmargen fungerer på, samt måten hjernen samhandler med den. 

Å etterligne en Salamaders bevegelse gjennom en robot var et avgjørende gjennombrudd fordi salamandere kan skifte fra en kryp til en tur til en svømmetur ved å utføre den samme bevegelsen. Det endrer bare hastigheten. Slike innovasjoner kan vise seg å være transformative og revolusjonerende når de gjengjeldes i maskiner og roboter. 

Snakebot, derimot, var ideen til en gruppe forskere fra Carnegie Mellon University. De hadde som mål å utvikle en robot som ville etterligne en slanges bevegelse når de kryper gjennom vanskelig terreng, gjennom steinsprut og rundt hindringer. Roboten var 37 tommer lang og 2 tommer i diameter og hadde 16 ledd. Sist rapportert hadde NASA utplassert disse robotene i sine romutforskningsprosjekter. 

Med denne utviklingen og mange flere, har roboter som tar et stikkord fra naturen, også kjent som bioinspirert robotikk, blitt store. Massachusetts Institute of Technology, en av verdens mest beundrede og ærede institusjoner for læringsteknikk, har en kurs i bioinspirert robotikk under sin maskintekniske avdeling. 

Kurset har til hensikt å oppmuntre til en "tverrfaglig tilnærming til bio-inspirert design, med vekt på prinsipiell utvinning som gjelder for ulike robotikkforskningsfelt, som robotikk, proteser og menneskelige hjelpeteknologier."

Ikke bare er store institusjoner interessert i det, men store teknologiselskaper engasjerer seg også i bioinspirert robotikk med stor entusiasme. For eksempel utviklet Boston Dynamics, et selskap kjøpt opp av Hyundai i 2021 til en verdi på 1.1 milliarder dollar, en robot som kopierer en hund for å utføre mange vanskelige oppgaver. Den firbeinte maskinen fikk navnet Spot. 

1. Boston Dynamics' Spot: En firbeint robot som kopierer en hund

Utviklet som en hodeløs gul hund, Spot, av Boston Dynamics, kunne klatre oppover og navigere i trapper. Enheten kom for USD 74,500 XNUMX. Den tjente mange formål, fra å inspisere fabrikker, byggeplasser og farlige miljøer, den kunne gå i trapper og til og med navigere i dem. 

Spotten er nå i stand til å operere 24x7, uten inngrep. Den kan lade seg selv og planlegge om nye hindringer dynamisk. I følge offisielle tall, Spot-roboter har nådd mer enn 1,000 kunder til dags dato. 

Spot henvender seg til en rekke bransjer, inkludert produksjon, energi og naturressurser, konstruksjon, akademia og utdanning, og myndigheter. 

Etter Hyundai avsluttet avtalen for å overta Boston Dynamics, eide det en eierandel på 80 prosent i selskapet. SoftBank, gjennom en av sine tilknyttede selskaper, hadde kontroll over de resterende 20 prosentene. 

Hyundai publiserte sin konsoliderte regnskap for 2022 den 21. mars 2023. Selskapet tjente 6,126,969 2022 3,782,498 koreanske won i millioner i 2021, en betydelig økning fra 2022 7,207 XNUMX koreanske won i millioner tjent i XNUMX. Utbyttet utbetalt i XNUMX var XNUMX XNUMX millioner. 

2. ABBs oppkjøp av SevenSense: Et gjennombrudd i utviklingen av naturinspirerte roboter

Fig, en annen global robotteknikk, nylig kjøpt Sevensense, en sveitsisk oppstart som spesialiserer seg på å øke mobiliteten til industriroboter. Mer spesifikt utvikler og lager SevenSense sensor- og AI-drevne robotsystemer som har øye- og hjernefunksjoner for å manøvrere rundt planter for å gå over hele fabrikkområdet. 

Løsningene vil ikke forbli begrenset til leverte produksjonslinjer som vanligvis benytter faste magnetstrimler. Disse robotene kan flytte 2 tonn materialer med hastigheter på 1.5 meter per sekund. De kommer med seks kameraer. I følge Sami Atiya, ABBs sjef for robotikk og diskret automatisering: 

«Under det gamle systemet, når du trengte å endre en produksjonslinje på 100 meter, legge til en ny produksjonscelle, for eksempel, var det umulig å avlede roboten. Nå kan vi gjøre det enkelt."

I følge det siste tilgjengelig finansiell rapport, hadde ABB en årlig omsetning på USD 29.4 milliarder i 2022, sammenlignet med USD 28.9 milliarder i 2021.

3. Yamahas Human Rider-inspirerte Motobot

Ikke bare sjødyr og våre firbeinte venner, men roboter tar også signaler fra oss mennesker. Yamahas unike prosjekt, Motobot, har som mål å lage en ideell humanoid robot for å betjene et kjøretøy umodifisert for autonom bruk. Motobot kan betjene kjøretøyet autonomt ved å ta data fra kjøretøyets hastighet, motorturtall, maskinstilling og lignende parametere. 

Yamaha planlegger å styrke Motobot med høypresisjons-GPS, sensorer, etc., slik at den kan ha maskinposisjonsgjenkjenning og ta sine avgjørelser mer forsiktig på de beste linjene å ta rundt en racerbane og grensene for motorsykkelens ytelse. 

For å utvikle Motobot har Yamaha inngått samarbeid med SRI International, et ledende globalt forskningsinstitutt. Visjonen er å hente inspirasjon og kunnskap fra de underliggende teknologiene som er aktive i utviklingen av MOTOBOT, som robotkontroll og menneske-maskin-grensesnitt. 

I følge sin siste tilgjengelige årsrapport for FY 2022, tjente Yamaha en inntekt på mer enn 408 milliarder japanske yen i året med et kjernedriftsresultat på 43 milliarder japanske yen. 

En liste over uendelige utviklinger

I vårt begrensede tidsrom kunne vi diskutere flere spillskiftende tilfeller der robotikk hentet betydelig inspirasjon fra naturen. En undersøkelse av tilgjengelige forskningspublikasjoner viser imidlertid at det bare var toppen av isfjellet. Robotikk, som en strøm av studier, forskning, utvikling og anvendelse, har trukket betydelig fra naturen og vil fortsette å gjøre det. 

Robotdroner, for eksempel, er mye inspirert av fugler. Ikke bare når det gjelder flymekanismen, inspirerer fugler også droner til å fly effektivt i dårlig vær og i hard vind. 

Dykkende fugler førte til opprettelsen av Aquatic Micro Air Vehicle (AquaMAV) ved Aerial Robotics Laboratory ved Imperial College London. Disse AquaMAV-ene kan dykke ned i vannet i høye hastigheter, sprette opp igjen og drive ut vann gjennom en stråle. Disse løsningene kan brukes i en rekke tilfeller, inkludert innsamling av vannprøver for å utføre redningsoppdrag eller leting under vannet.

Sommerfugler har inspirert mikroboter til å ha en spesiell type vingestruktur som kan hjelpe dem å fly videre og unngå ulykker. 

Boston Dynamics, et av selskapene vi allerede har diskutert, har en annen robot kalt Atlas, som er en intelligent bipedal humanoid. 

Jessiko er en undervannsrobot som bruker finner til å krysse gjennom vann. DelFly Micro er en 3.07 grams flaksende-vingerobot som – som det fremgår av navnet – er inspirert av fluen. Verden har også vært vitne til fremveksten av skilpaddeinspirerte 3D-printede, firbeinte myke roboter. 

Naturen har millioner av dyr og insekter. De evolusjonære evnene til disse dyrene og insektene får dem til å gjøre fantastiske ting. Mennesker er intet unntak. Å lære hvordan disse organene fungerer ville åpne opp for mange muligheter for roboter. 

Mange oppgaver som krever at mennesker reiser til risikofylte steder kan gjøres gjennom disse robotene. Disse robotene kan ikke bare utføre disse oppgavene, men kan gjøre dem med større hastighet og effektivitet med mye finesse og nøyaktighet. Det kan bidra til å utføre mange repeterende oppgaver for å skape mer tid for den menneskelige hjernen til å gjøre det den er best på: ideer og skape nye ting for å ta sivilisasjonen videre. 

Klikk her for listen over ti beste robotselskaper.