Робототехніка
Мікророботи, натхненні жуками Ripple, переосмислюють рухливість у воді
Securities.io дотримується суворих редакційних стандартів і може отримувати винагороду за перевірені посилання. Ми не є зареєстрованим інвестиційним консультантом, і це не є інвестиційною порадою. Будь ласка, перегляньте наші розкриття партнерів.
Команда вчених з кількох провідних установ об’єдналася, щоб вивести водну мікроробототехніку на новий рівень. Їхня робота, натхненна водоміркою Ripple Bug (Rhagovelia), може одного разу допомогти інженерам створити надчутливі та спритні машини, які зможуть ковзати по поверхні води без використання будь-яких двигунів. Ось що вам потрібно знати.
Помилки брижу
Клопи-хвилі – це крихітні комахи, довжина яких становить лише кілька міліметрів, але вони можуть долати бурхливі води та турбулентності з мінімальними зусиллями. Ці комахи давно привертають увагу вчених завдяки своїй винятковій маневреності та здатності легко орієнтуватися в бурхливих водних шляхах.
Здається, що клопи-хвилі планують по воді, а деякі порівнюють їхні здібності з крилами на ногах. Ці тварини, можливо, не були благословенні давньогрецькими богами, такими як Гермес, але еволюція нагородила їх такою силою, що вони можуть безперервно гребти протягом усього життя, не відчуваючи втоми.
Проривне дослідження водної мікроробототехніки, натхненне жуками Ripple
Розуміючи, як ця здатність може просунути галузь водної мікроробототехніки вперед, інженери прагнули глибше зрозуміти, як жуки-хвилі без зусиль пересуваються по поверхні води. Їхнє дослідження1 Надшвидкі еластокапілярні вентилятори контролюють гнучке маневрування в роботах Ripple Bugs, опублікованих у Science, представляють біологічно натхненного робота, який запозичує унікальний підхід Ripple Bug для досягнення подібної маневреності та тяги.
Як жуки-брижі ковзають по воді
Першим кроком у цьому процесі було отримання всебічного уявлення про те, як тіло жука-хвильовки забезпечує його унікальні можливості. Інженери почали з дослідження ніг комахи. Тут вони помітили, що жук демонструє біологічний механічний інтелект, вбудований у нього за власним задумом.
Команда задокументувала, як крихітні віяла, прикріплені до кінця лапок жука-бризкача, дозволяють йому плавати на воді та рухатися без докладання зусиль. Плоскі стрічкоподібні віяла використовують поверхневий натяг та сили опору, що виникають на поверхні води, для створення тяги.
Водна мікроробототехніка
Під час мікроскопічного дослідження команда помітила, що віяла мають крихітні плоскі борідки. Вони всіяні ще дрібнішими борідками, створюючи унікальну мікроархітектуру з розбіжною жорсткістю в ортогональних напрямках. Ці віяла автоматично розгортаються за допомогою сили пружності та розходяться віялом у воді, діючи як крила для комахи.
Коли їх виймають з води, віяла закриваються подібно до того, як стискається пензель, коли його виймають. Ця дія відбувається завдяки капілярним силам, що діють безпосередньо на віяло крапельками води, а не завдяки будь-якій м'язовій дії комахи.
Очікуючи цього, один з інженерів зняв ногу Жука-Хвиля та помістив її на кінчик людського волосся. Звідти він опустив волосся та ногу Жука-Хвиля у краплю води. За лічені секунди вентилятор розкрився, навіть не будучи прикріпленим до тіла, що підтвердило переконання інженера, що морфологічні аспекти придатка відбулися автоматично.
Виробництво тяги у водній мікроробототехнікі
Щойно команда досконало зрозуміла, як Ripple Bugs досягли своєї неперевершеної маневреності, вчені почали дублювати цей процес за допомогою мікроробота. Крихітний пристрій має морфофункціональну архітектуру та розмір, подібний до Ripple Bugs. Він важив 0.23 г і мав еластокапілярні вентилятори вагою 1 міліграм, вбудовані в його лапки.
Проби і помилки
Спочатку інженери спробували циліндричні форми вентиляторів. Однак вони швидко переконалися, що цим конструкціям бракує жорсткості для створення тяги та гнучкості для складання, якими володіють Ripple Bugs. У наступній спробі було використано вентилятор у формі плоскої стрічки.
Крихітний вентилятор вагою 1 мг був інтегрований з 21 плоским стрічкоподібним зубцем, розробленим для відтворення анатомії жука-хвильовки. Потім команда вирушила перевіряти його продуктивність у порівнянні зі справжнім вентилятором. Результати випробувань пролили додаткове світло на прорив у мікроробототехніки та те, як він може вплинути на майбутні розробки.
Тест на водну мікроробототехніку
В рамках тестування вчений використовував мікроробототехніку та справжніх жуків-хвильовок. Група почала зі спостереження за живими жуками в лабораторії протягом 24 годин. Вони відзначали їхні середні можливості та поведінку. Потім порівняли ці можливості зі своїм крихітним мікророботом, який мав штучну версію віялоподібних ніжок.
Результати випробувань водної мікроробототехніки
Команда виявила, що мікроструктура вентилятора працює незалежно від будь-яких додаткових вхідних даних. Вона може розгортатися та втягуватися, забезпечувати тягу, розганятися та швидко гальмувати, і все це без значних зусиль. Інженери також були раді дізнатися, що під час повороту використовується лише мінімальна енергія, що робить це відкриття проривом у мікроробототехніки.
Цікаво, що вчені заявили, що досягли продуктивності, порівнянної з плодовими мушками. Їхній пристрій перетинав поверхню води зі швидкістю 120 довжин тіла за секунду та виконував повні повороти на 96° за 50 мілісекунд. Ці можливості значно перевершують найсучасніші водні мікроробототехніки, які досі покладаються на двигуни для тяги.
Проведіть пальцем, щоб прокрутити →
| особливість | Жук-бризгання | Мікроробот |
|---|---|---|
| швидкість | ~120 довжин тіла/сек | ~120 довжин тіла/сек |
| Здатність до повороту | 96° за 50 мс | 96° за 50 мс |
| Використання енергії | Minimal | Minimal |
| Привід | Еластокапілярні вентилятори | Синтетичні еластокапілярні вентилятори |
Основні переваги водної мікроробототехніки
Дослідження Aquatic Microrobotics пропонує на ринку кілька переваг. По-перше, воно представило низькоенергетичний вид руху. Маючи справу з крихітними та нанорозмірними пристроями, варто уникати складних механічних конструкцій або будь-чого, що вимагає багато енергії.
Акумулятори є найважчим компонентом бездротових технологій сьогодні. Таким чином, усі попередні спроби покращити роботу водних мікророботів зазвичай зазнавали невдачі через вищі потреби в енергії та необхідність носити з собою джерело живлення. Цей підхід усуває цю проблему, відкриваючи шлях для блискавично швидких мікророботів, здатних легко пересуватися бурхливими водними шляхами.
Покращує виробництво тяги
Коли йдеться про мікроробототехніку, досягти високої тяги за допомогою сучасних технологій практично неможливо. Великі обмеження розмірів і ваги цих пристроїв обмежують їх використання в умовах низької маневреності. Це останнє відкриття може змінити все, започаткувавши нову еру високотехнологічних пристроїв, яким не потрібні важкі батареї для тривалої роботи в суворих умовах.
Високі експлуатаційні характеристики
Ще однією важливою перевагою цієї технології є висока швидкість та маневреність. Цей тип руху, що забезпечується зняттям рідини з поверхні води, забезпечує чудову маневреність на високих швидкостях. Ці характеристики можуть допомогти зробити майбутню мікроробототехніку більш ефективною та корисною.
Реальне застосування водної мікроробототехніки
Дослідження водної мікроробототехніки виводить на ринок кілька переваг. По-перше, воно відкриває двері для нової ери в розробці водних роботів. Ці пристрої, що самотрансформуються, не потребують традиційних двигунів для пом'якшення несприятливих водних умов. Таким чином, вони можуть виконувати цілодобові завдання, які інші пристрої не здатні виконати.
Моніторинг навколишнього середовища
Роботи, що крокують по воді, ідеально підійдуть для моніторингу навколишнього середовища. Ці крихітні роботи могли б працювати разом, створюючи зображення стану водних шляхів та рівня забруднення в режимі реального часу. Той факт, що вони можуть автоматично рухатися, не розряджаючи батареї, допоможе запобігти забрудненню та іншим негативним наслідкам для навколишнього середовища.
ліквідації наслідків стихійних лих
Багато хто розглядає мікроробототехніку як майбутнє ліквідації наслідків стихійних лих. Використання крихітних датчиків та робототехніки, що працює як мережа, відкриває шлях для швидшого виявлення нужденних. Мініатюрна структура цих роботів робить їх ідеальними для пошуку тих, хто вижив, у затоплених річках, водно-болотних угіддях або міських районах.
Графік розвитку водної мікроробототехніки
Мине щонайменше 5 років, перш ніж роботи, що крокують по воді, почнуть перетинати ваші місцеві струмки та річки. Наступним кроком буде інтеграція датчиків та інших корисних функцій у цих мікророботів. Вчені, ймовірно, шукатимуть промислових партнерів для виконання цього завдання.
Дослідники водної мікроробототехніки
Каліфорнійський університет у Берклі, Університет Аджу та Технологічний інститут Джорджії зробили свій внесок у успіх дослідження водної мікроробототехніки. У статті біомеханік Віктор Ортега Хіменес зазначений як провідний автор. Також зазначається, що професор Дже-сун Кох та Донджін Кім зробили вагомий внесок у цю роботу.
Майбутнє водної мікроробототехніки
Майбутнє водної мікроробототехніки світле. Існує великий попит на ці крихітні пристрої, і в міру розширення мініатюризації електроніки ці роботи ставатимуть дешевшими та доступнішими для широких мас. Наразі мета полягає в тому, щоб використати це відкриття для розблокування інших ефективних та унікальних механізмів, які дозволять нарешті подолати перешкоди на шляху мініатюризації роботів.
Інвестування в сектор мікроробототехніки
У секторі робототехніки є багато компаній, за якими варто спостерігати. Ці фірми продовжують розширювати можливості технології за допомогою нових архітектур та інтеграції штучного інтелекту. Ось одна компанія, яка доклала багато зусиль, щоб залишатися інноваційною та домінувати на ринку.
Microbot Medical Inc
Компанія Microbot Medical Inc. була заснована у 2010 році з метою використання мікроботів наступного покоління для виконання медичних завдань з більшою ефективністю та можливостями моніторингу. Компанія була заснована Харелом Гадотом, а її штаб-квартира знаходиться в Хінгемі, штат Массачусетс.
У 2018 році компанія Microbot Medical Inc. провела IPO, що допомогло їй розширити асортимент продукції та провести дослідження та розробки. Вражаючим є те, що компанія запустила першу у світі повністю одноразову роботизовану систему під назвою Liberty. Вона допомагає при проведенні катетерних серцево-судинних процедур.
(MBOT )
Сьогодні Microbot Medical Inc. залишається популярною компанією з робототехніки з унікальною місією, спрямованою на розвиток сектору охорони здоров'я. Поєднання продуктів виробника, його позиціонування на ринку та загальна зосередженість на медичних завданнях роблять його розумним варіантом для тих, хто шукає акції, що забезпечують як медичний, так і робототехнічний вплив.
Останні новини та події щодо акцій Microbot Medical (MBOT)
Дослідження водної мікроробототехніки | Висновок
Дослідження Ripple Bugs є прекрасним прикладом біомімікрії та того, як її можна успішно інтегрувати в сучасні технології. Еволюція мала фору в кілька мільярдів років. Таким чином, вона може містити відповіді на багато найскладніших питань сьогодення. Це дослідження відкриває двері для більш потужної та екологічно чистої водної мікроробототехніки та багато чого іншого. Таким чином, ці інженери заслуговують на повагу до своєї наполегливої праці та прогресивного мислення.
Дізнайтеся про інші можливості перед IPO тут.
Посилання на дослідження:
1. В. М. Ортега-Хіменес та ін. Надшвидкі еластокапілярні вентилятори контролюють гнучке маневрування в Ripple Bugs та роботахНаука. Том 389, 21 серпня 2025 р., с. 811. doi: 10.1126/science.adv2792.
