Perkembangan terobosan dalam robotik telah muncul dari penyelidikan kolaboratif oleh saintis di UC Santa Barbara dan Tu Dresden, yang merekayasa robot yang dapat diprogramkan yang mampu morphing dan menyesuaikan diri dalam masa nyata dengan meniru proses biologi yang diperhatikan dalam sel -sel hidup. Diilhamkan oleh kesesuaian mekanikal tisu embrio, peralihan kolektif robotik antara keadaan seperti cecair dan pepejal, yang membolehkan tugas-tugas seperti menanggung beban berat, pembaikan diri, dan membentuk semula permintaan.
Prinsip reka bentuk yang diilhamkan oleh bio
Pasukan ini menarik persamaan antara sistem robotik mereka dan tingkah laku dinamik sel semasa perkembangan embrio. Dalam embrio hidup, tisu mencapai kerumitan struktur melalui pergerakan selular yang diselaraskan yang didorong oleh tiga mekanisme utama:
Fluidisasi: Sel -sel sementara "mengalir" melewati satu sama lain untuk menyusun semula sebelum menstabilkan konfigurasi pepejal.
Polarisasi: Sel -sel menjajarkan arah untuk menjana daya kolektif.
Melekat: Sel -sel mengekalkan sambungan walaupun semasa penyusunan semula, memastikan integriti struktur.
Senibina Swarm Robot
Setiap robot berbentuk cakera (diameter 5 cm) beroperasi secara autonomi melalui bateri lithium-ion onboard, menyediakan 30 minit fungsi yang tidak teratur. Gear periferal membolehkan pergerakan, manakala magnet berputar membolehkan lekatan sementara antara unit. Sensor cahaya terpolarisasi di atas setiap robot mengesan isyarat arah, menterjemahkan keamatan cahaya ke dalam parameter pergerakan:
Arah: Ditentukan oleh sudut polarisasi cahaya.
Kuasa: Berkadar dengan intensiti cahaya, menentukan kelajuan putaran gear.
Sistem Kawalan Pintar
Para penyelidik melaksanakan rangka kerja berasaskan peraturan untuk mengatur tingkah laku kawanan tanpa pra-proses atau gerakan tertentu. Dengan memodulasi isyarat cahaya, kolektif bergantian antara penyusunan semula cecair dan penstabilan pepejal. Demonstrasi utama termasuk:
Bridging struktur: Dua subkumpulan digabungkan untuk membentuk jambatan beban yang menyokong 5 kg.
Platform berkapasiti tinggi: Konfigurasi berat yang berterusan sehingga 70 kg (skala manusia).
Bentuk morphing: Mengalirkan halangan untuk memasang alat (contohnya, bentuk seperti perengkuh).
Pembaikan diri: Pembetulan autonomi kecacatan struktur.
Kecekapan dan skalabiliti
Modulasi cahaya dinamik (berdenyut vs isyarat mantap) meningkatkan kecekapan tenaga semasa peralihan negara. Reka bentuk modular sistem mencadangkan skalabilitas, dengan aplikasi yang berpotensi dalam mencari dan menyelamat, infrastruktur penyesuaian, dan pembuatan yang boleh dikonfigurasikan.
Diterbitkan dalamSainsdi bawah tajuk"Kolektif robot seperti bahan dengan kawalan spatiotemporal kekuatan dan bentuk,"Penyelidikan ini menjembatani robotik dan sains bahan, yang menawarkan peralihan paradigma dalam merancang sistem penyesuaian yang mencerminkan kecerdasan organisma biologi.