התקדמות בעיצוב רובוטים מעוררים בהשראת ביו באמצעות עקרונות דינמיקה נוזלית

הפיזיקה של התנועה בסביבה פלויד

התרגום של התנועה הביולוגית לתוך מערכות מונדסות נח על בסיס מכניקת נוזלים.העולם הטבעי מציג ספקטרום של פתרונות לנוע דרך מים ואוויר, כל אחד מותאם על ידי האבולוציה עבור בקנה מידה מסוים, מהירויות, תקציבי אנרגיה.עבור הניסיון הרובוטי לבנות דינמיקה אוטונומית או שחיין, להבין את ההבדלים היסודיים בין תזרים לחמורים, הדור ונפיחות של שכבת תורפה, לא יכול להתעלם מההתקדמות התעשייתית, אלא רק מאפקטים של השדה האקדמיים פשוטים, ולא למול, אלא רק מאפקטים, אלא רק מעבר לכשלים, לא יכולים להתעלם מהאפקטים פשוטים, אלא רק מאפקטים של המשתנים, ולא לכשלימים אלה.

ריינולדס מספר ומגוון משטרי שחייה

מספר ריינולדס (Re), פרמטר חסר מימד המשווה בין כוחות מולקווס, מגדיר את הנוף התפעולי עבור כל אורגניזם מבוסס נוזל או רובוט. A חייזר שחייה ב- Re 10-4 חוויות עולם שונה לחלוטין מדולפין המתגבש ב-106.הלשעבר מסתמך על שבץ מוחי לא-reciprocals (תנועת קורוב של דגל) כדי ליצור כל תנועה דיגיטלית, אשר אינה יכולה להפעיל על ידי משטר פשוט של תאים.

Vortices as Propulsive Engines

במספרי אנרגיה בינוניים ורובוטים כאחד מייצרים דחף על ידי יצירת ומניפולציה של דגים בנוזל שמסביב.הבחנה בין דחפים מבוססי גרר לבין מונעים המבוססים על גבי אטמוספירה.דגים רבים משתמשים כעת גל גוף אשר מסתיים במהירות בצורת מאוורר - זרם של נוזל משתנה עם טבעת מערבה.

הנדסה הפוכה טבע ’ אסטרטגיות להורדת דרג

לנוע ביעילות דרך נוזל הוא הרבה על צמצום ההתנגדות כפי שהוא על ייצור דחף.טבע התפתח כמה מנגנונים לניהול שכבת הגבול, האזור הדק של נוזל ליד הגוף ’ משטח שבו אפקטים של מולקווס לשלוט.עכב המעבר מ laminar לזרימה סוערת, או שליטה באופן פעיל חיכוך עור סוער, יכול להביא חיסכון משמעותי מערכות אנרגיה.

כרישים עור ומעקביות

הקשקשים של עור הכריש הם אולי הדוגמה הידועה ביותר של הפחתה גרורתית בטבע.מאזניים נוקשה, דמויי שיניים תכונה סדקים תואמים את כיוון זרימת הדם. אלה ריאליים להפריע להיווצרות של זרמי חוצה-זרםיים אלה בשכבת הגבול הסוערת, אך למעשה להפחית את החיכוך בעור בכמה נקודות אחוז.

זרם וגוף מורפינג

מעבר למיקרו-מבנה, גיאומטריה שלמה היא גורם עיקרי בלחיצת לחץ. גוף bluff יוצר התעוררות בלחץ נמוך רחב, בעוד צורה מדמיעת מדמיע מדמיע מאפשרת לזרימה למחזור חלקה, צמצום גודל ההתעוררות ואובדן האנרגיה המשויך. Tuna, דג חיוב, ודולפינים מטשטשים את הצורות הללו על פני eons.

מכניזם וחומרים עבור Bio-Hybrid Locomotion

תרגם את הדינמיקה הנוזלית של אורגניזמים לחומרה ממונדסת דורש עזיבה של רובוטים תעשייתיים מסורתיים.חשמל מוטורים, ציוד מתכת, וקישורים קשיחים לעתים קרובות לא יכולים לשחזר את הגלים החלקיים, המפיצים או גמישות פסיבית שרואים בבעלי חיים.שדה אימצה מנגנונים מקבילים וחומרים חכמים כדי לגשר על הפער הזה.

מכונאים ומחסנים את האנרגיה של אלסטיאל

דגים מייצרים הנעה דרך גל גוף מתמשך אשר עולה ב amplitude מן הראש זנב פלחי ריידיד הקשורים מפרקים דיסקרטיים לא יכול להפיץ גל חלק ללא שליטה מורכבת, מנגנונים מפוכחים - מבנים מונוליטיים או רציף כי פשטו על נקודות ספציפיות - לפתור בעיה זו על ידי הפצת הישבן על הגוף, הם גם מאפשרים אנרגיה ושחרור אנלוגי של הגוף הנשיף.

Soft Actuators: SMAs, PAMs, ו- Twisted-Coil Polymers

מנועים קשיחים ואביזרים נאבקים לשכפל את התנועות השקטות, מבוזרות ובטוחות מטבען של בעלי חיים מימיים ואוויריים.טכנולוגיות הפעלה Soft actuation משנים את זה. Shape memoryסגסוגתs (SMAs) כמו חוזה חוט ניטיניול כאשר חם זרם חשמלי על גבי רובוטי דגים ושרירים גמישים של ניהול אווירי אוויר הרחם שלהם, או מוטבע בתוך מזכר גמישות, כמו יכול לייצר את התכונות של טיפול תרופתי ארוך טווח חשמלי (V) עבור שרירי אווירי אוויריים שונים של תרופות איטיים).

מחקרים ב- Bio-Inspired Fluid Robots

מספר פרויקטים של ציון דרך תרגם את העקרונות האלה לאפרו-טיפוס עבודה, מה שמדגים יתרונות מעשיים על כלי רכב תת-ימיים ואוויריים קונבנציונליים.

דגים סופניים: אוניברסיטת קליפורניה ו-MIT

הדג הרובוטי הרכה שפותח על ידי חוקרים ב-MIT CSAIL משתמש ב-Seleton לייזר-cuted על עור סיליקון.השלד מכתיב את פרופיל ה-bending, המאפשר למבצע פוני יחיד ליד הראש לייצר אורגניזם מלא ללא ספק, על ידי כוונון של מערכת החינוך הקודמת, גיאומטריה, החוקרים יכולים להתאים את התדר הטבעי של המבנה כדי ליצור מטושטשת עם סביבתוגן קשה יותר, ללא טיפול יעיל של גוף זה, אשר מאפשר טיפול יעיל יותר, או יעיל יותר, עם גוף זה יכול להיות מסוגל להפוך את הגוף שלו.

בבוט (B2): כנפיים מורג'ינג עבור אגיליות אווירית

בעלי חיים מעופפות משיגים תמרון יוצא דופן על ידי מורפיום כל הזמן במהלך השבץ.The Bat Bot (B2), שפותחו ב Caltech ואוניברסיטת אילינוי, הוא רובוט מעופף לחלוטין שמשכפל את הגמישות המורכבת של דוכני העטלפים.הכנפיים שלה מורכבים מסיליקון דק ומטה את המבנה השברירי של Burn-Bol-upn-upn-upn-upn-upn-up-up-up-up-up-up-up-out-up-up-in-in-up-up-up-up-in-in-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-in-up-up-in-up-up-up-in-in-in-in-in

רשת הלמידה הביוניקה: השראה תעשייתית מעשית

פסורו ’ רשת הלמידה הביונית יצרה סדרה של רובוטים בעלי פרופיל גבוה מעוררי השראה ביולוגיים המדגים עקרונות דינמיקות נוזליות בפעולה. AquaJelly משתמשת במערכת כונן פיננסי אינטליגנטי ופעמון מפולש כדי להניע את עצמו, מחקה את המנגנון בצורת פעמון של ג'לי.הביוניקה משתמשת במכוון יחיד לכונן כונן יחיד כדי להניע את עצמם, כמו שיטות בקרה מכנית רק כדי להפעיל את התהליכים מכניים של הגוף שלה.

אסטרטגיות בקרה עבור הסביבה הלא ידועה ונופולנטית

מודלים של דינמיקת הנוזל של רובוט במיכל הוא אתגר אחד; שליטה בו באוקיינוס הסוער או באווירה הגורית היא עוד.האינטראקציה בין הרובוט ’ התנועה והנוזל הוא מאוד לא לינארי וזמני מנוחה. Achieving אוטונומיה חזקה בתנאים אלה דורש סינתזה של רגיש, מודל, ובקרת הסתגלות.

סגירת ה-Lot Loop עם חיישני לחץ ו Flow

בעלי חיים מימיים טבעיים יש מערכת קו מאוחר יותר החוששת שינויים קלים בלחץ המים וכיוון זרימה.הפחתת יכולת זו הפכה לעדיפות עבור שליטה רובוטית בהשראת ביו-שינג. Arrays של חיישני לחץ המוטבעים הרובוטים ’ העור יכול לזהות את הכיוון ואת המהירות של חיישן על זרימת זרם נכנס, כמו גם את הרובוטים לשפוך על ידי מכשולים קדימה.זה מאפשר הרובוטים להנעים למניעה לתוך מערכות אנרגיה או רגישות גבוהה, אשר ניתן למצוא את זה, ללא צורך יעיל של חיישן אנרגיה, אשר יש צורך זה, אשר יכול להיות בטוח, ללא חיישנים עמוקים על ידי אימון אווירי ראייה גבוהה יותר, אשר יכול להיות בטוח, אשר נמצא על ידי חיישנים אלה.

Reinforcement Learning for Gait Optimization

המודל הקדם-למודל של הידרודינמיקה של רובוט לא-לינארי השחייה במים סוערים הוא אסרטיבי חישובי עבור שליטה בזמן אמת. Machine Learning, במיוחד חיזוק הלמידה (RL), מציע אלטרנטיבה.הרוב מותר לחקור דפוסי פעולה שונים בסימולציה או במיכל פיזי, והבקר לומד את המיפוי בין תנועה ויעילות באמצעות ניסוי ורובוטים למדו עם דינמיקה מתאימה של ייצור (או מהירות) או שיפור של שינויים ספציפיים של תהליכים חישוביים (D) עם שינויי-הפחתת יעילות) או בסימולציה או בסימולציה או במעבדהקצבה (D) עם קצבי-הפחתת ביצועים אופטימלית (או בסימולציה) ואפקטיביים).

אינטגרטוריות עתידיות: אינטגרציה, אקונומיה ויישומים

ההתכנסות של דינמיקות נוזלים מתקדמות, חומרים רכים, ואינטליגנציה מלאכותית דוחפת רובוטיקה בהשראת ביולוגית לשלב חדש של יכולת.הדור הבא של מכונות אלה יוגדר על ידי יכולתם לפעול באופן עצמאי לתקופות מורחבות בסביבות נוזל מאתגר.

מעקב סביבתי ארוך

אחת האפליקציות החזקות ביותר היא ניטור סביבתי ייחודי.ביו בהשראת גלידות תת-ימיות ורובוטים שחייה יכולים לטעום את האוקיינוס ללא רעש ושיבוש של מניעים קונבנציונליים, המאפשר להם להתבונן בחיים ימיים ללא להפריע לו. צריכת האנרגיה הנמוכה שלהם, תוצאה ישירה של עיצוב דינמי נוזלי, מאפשר למשימות שנמשכות שבועות או חודשים על מטען יחיד.

מיקרו-רובוטים רפואיים לטיפול ממוקד

בקצה השני של גודל ספקטרום, micro-robots שנועד לנווט את המערכת הדם מתקדם לעבר יישום קליני.הפעלה במספרים נמוכים מאוד של ריינולדס, מכשירים אלה חייבים להתגבר על כוחות מולקווס. אסטרטגיות השליטה שלהם מסתמכות על שדות מגנטיים חיצוניים כדי להניע קורקרקורד או לא מרתיע תנועות מתלכדות בהשראת דגל חיידקי.התקדמות במרקם ומודל דינמי נוזל יצרו אבטיפוסים המסוגלים של שחייה נגד אתרי פיזיולוגיים וגזעניים וגזעניים אלה מייצגים מטרה מיקרוסקופית של וירוסים ספציפיים.

תשתיות ותיקון

ספקולציות של תשתיות תת-מרודות - צינורות, סכרים, ספינות - היא משימה מסוכנת ויקרה עבור מחלוקות אנושיות.רובוטים בהשראת ביו-שיכול לזחול, לשחות, ו perch על משטחים רטובים מפותחים לתפקיד זה.גופם התואם מאפשר להם להחזיק משטחים מעוקלים ללא ציפויים מזיקים, בעוד יעילותם הדינמית מאפשרת להם לעבור בין נקודות מבט מהיר וקיבולת של עץ-ידי השחייה של תאים לא יכולה לפעול עם יכולת היברידית של תאים היברידית של תאים היברידית של תאים של תאים היברידיים או של תאים לאיים.

מסקנה

העיצוב של רובוטים בעלי השראה ביולוגית התקדם באמצעות יישום קפדני של עקרונות דינמיקות נוזליות.על ידי לימוד כיצד אורגניזמים טבעיים לנהל מערבים, להפחית את גרגור, ומנצלים מבנים תואמים לאחסון ושחרור אנרגיה, רובוטיקה בנו מכונות שקטות יותר, בטוחות ויעילות יותר מאשר עמיתיהם הקונבנציונאליים של האבולוציה הביולוגית הזאת לחומרים חכמים, הפעלה רכות, והתאמה יעילה יותר לכדי יכולת חישובית זו, אשר מאפשרת לשילוב של אותם עמוק של אותם עמוק של אותם באמצעות אותם עמוק של חומרים ביולוגיים.