ניתוח מבני של רובוטים בהשראת ביולוגית לשיפור ביצועים פונקציונליים

רובוטים בעלי השראה ביולוגית מייצגים שינוי פרדיגמטי רובוטיקה, ציור עקרונות עיצוב ממיליוני שנים של התפתחות ביולוגית כדי ליצור מכונות שהן יותר גמישות, יעילות, וגמישות יותר מאשר עמיתיהם הקונבנציונאליים, מן המפרקים העתידיים של כיוונים שטופלו מסגרת הפעלה קריטית של רובוטים, ללא גירויים פיזיים קפדניים, אם כי הם מסוגלים לענות על מורכבות ביולוגית משמעותית, אם כי הם לא ניתן לזהות תהליכים ביולוגיים.

חשיבותו של ניתוח סטרקטידורי ב- Bio-Inspired Robots

המטרה העיקרית של ניתוח מבני ברובוטים בעלי השראה ביולוגית היא לגשר על הפער בין השראה ביולוגית לבין מציאות מכנית.עיצובי הטבע מסתמכים לעתים קרובות על חומרים מורכבים, היררכיים ומערכות בקרה פעיל שקשה לשכפל עם חומרים הנדסיים נוכחיים ותהליכי ייצור.לדוגמה, המבנה הריק והחזק של עצמות הציפור מספק יחס גבוה למשקל, אך שחזור פחמן-פחמן עשוי להתנהג באופן שונה תחת ניתוח מכני המאפשר לחיקוי מודלים אלה.

מעבר לשכפול, ניתוח משפר את ה-FLT:0 (ההסתברותיות של LT:1) על ידי הבטחת מרכז הרובוט של מסה, קשיחות משותפת, תמיכה גיאומטריה מאוזנת כראוי עבור ה-gait או תבנית הטיסה המיועדת ל-FLT:2flexibilityFLT 3 על ידי זיהוי היכן הוא מועיל - כמו זנב דמוי דגים למניעה - והיכן כוח נוקשה ביותר ניתוח גירוי (Flasticial) של אנרגיה חלופית חומרים גמישים (D) של חומרים גמישים) של חומרים גמישים באופן קבוע, כלומר, לעתים קרובות, כלומר, או עיבוד חומרים גמישים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, אם לעתים קרובות, אם הם לעתים קרובות, על ידי זיהוי של חומרים גמישים של חומרים גמישים, על ידי זיהוי של חומרים גמישים, על ידי זיהוי של חומרים גמישים, על ידי זיהוי היכן שלעתים קרובות, על ידי זיהוי היכן שלעתים קרובות, על ידי זיהוי היכן שלעתים קרובות, על ידי זיהוי היכן שלעתים קרובות, על ידי זיהוי היכן שלעתים קרובות, על ידי זיהוי היכן שלעתים קרובות, על ידי זיהוי היכן שלעתים קרובות, על ידי זיהוי היכן שגורמים חיוניים של טיפול יעיל של חומרים גמישים של טיפול יעיל של אנרגיה גמישים, למשל, על ידי זיהוי היכן ש

היבט מפתח נוסף הוא (FLT:0) ⁇ בחירה חומרית (FLT:1 ⁇ ) עיצובים בהשראת ביו-שראה לעתים קרובות להשתמש מרוכבים, elastomers, וסגסוגת בצורת-memory ⁇ s. . Structural ניתוח עוזר להשוות חומרים אלה תחת אותם תנאי טעינה, חשיפת סחר-offs בין משקל, עלות, עמידות. לדוגמה, רובוט רך בהשראת הזרוע הגולגולת עשוי לדרוש חומרים היפר-מהפכה חומרים אלה, או חומרים לא-מסוגים חיוניים של חומרים אלה, או חיזוי, או חומרים אלה, או חומרים אלה, או חומרים כגון, או קיבולת אנרגיה יעילה, או קיבולת בלתי-דמיית, או קיבולת גבוהה יותר, או קיבולת בלתי-דמיונית, או סימולציה, או קיבולת גבוהה.

טכניקות מפתח בניתוח סטריקט

ניתוח סטרקטידורי של רובוטים בהשראת ביו-שאפו מסתמכ על חבילת שיטות חישוביות וניסוייות.כל טכניקה מתייחסת לפן ספציפי של יושרה מבנית, מהתפלגות מתח סטטית לתגובה דינמית ואפיון חומרי.

ניתוח יסודות Finite Element Analysis (FEA)

FEA היא אבן הפינה של ניתוח מבני מודרני.It משנה את הגיאומטריה של הרובוט לאלפים או מיליוני אלמנטים קטנים (tetrahedra, hexahedra, וכו '), ולאחר מכן פותר משוואות ללחץ, מתוח, ועקירה בכל צומת.עבור רובוטים בהשראת ביולוגית, FEA הוא חזק במיוחד כי הוא יכול להתמודד עם משטחים מורכבים, תכונות חומרים משתנים, אינטראקציה - כל אחד משותף במנועי צינורות כמו סימולציה של צינורות כמו , כמו מצופה על ידי שימוש רובוט.

(ב) ⁇ :0 ⁇ Freaphing סטטי FEAFLT:1 מתאים להפחתה ראשונית של מחזורי דבק קשיחים.עם זאת, רובוטים רבים בהשראת ביו-שראה מפגינים עיוותים גדולים, חומרים לא לינאריים, וטעינה תלויה בזמן.FLT:2 NonLiron FEAFLT 3, כגון: 40% של חומרים לא-ליניים (למשל, סגסוגת גומי)

ניתוח Modal Analysis

ניתוח Modal קובע את התדרים הטבעיים ואת צורות מצב של מבנה הרובוט.כל מבנה פיזי יש קבוצה של תדרים חוזרים שבו הוא רוטט ביותר אינטנסיבי.אם כוח חיצוני (למשל, ממנוע, השפעה שטח, או זרימה נוזל) מתאים אחד תדרים אלה, את רטט הרטט יכול להגביר דרמטית, המוביל להתחדשות וכשלון אפשרי.

מהנדסים מבצעים ניתוח מודולי ניסיוני על ידי נספח accelerometers אל הרובוט וליישם דחף (למשל, מכה פטיש) או ציטוט מדקדק. פונקציות התגובה התדירות המדוייקת מעובדות כדי לחלץ תדרים טבעיים ויחסי לחות. לחלופין, ניתוח מודולי חישובי קשיח בתוך תוכנת FEA יכול לחזות פרמטרים אלה לפני שינוי נטייה.

בדיקות חומריות

ניתוח מבני מדויק תלוי בתכונות חומריות מדויקות.בעוד שגליונות נתונים סטנדרטיים קיימים עבור מתכות נפוצות ופלסטיק, רובוטים בהשראת ביו-שראה משתמשים לעתים קרובות בחומרים חדשים או חומרים מותאמים אישית - לדוגמה, מבנים של 3D-D-מבנים, פולימרים אלקטרואקטיביים, או ביו-קוקוויטים התחזקו עם סיבים. בדיקות חומריות בתנאים רלוונטיים (סט, דינמי, טמפרטורה), חיוני להאכיל מודלים FEA עם שיטות תורמות, וגמישות תקין, מפונק.

(ב) ⁇ (ב) ⁇ (ב) ⁇ (ב) ⁇ ) ⁇ (ה) ⁇ (הופנה מהדף ⁇ ) ⁇ (ה) ⁇ ) ⁇ (החומרים) ו-[[המאה ה-20]], ו[[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]

יישומים ב- Bio-Inspired Robot Types

ניתוח סטרקטיטורי אינו אחד בגודל של איכות-כל; כיתות שונות של רובוטים בעלי השראה ביולוגית נהנה מגישות מותאמות.למטה הן שלוש קטגוריות רחבות וכיצד ניתוח משפר את הביצועים שלהם.

המונחים: Quadrupeds and Hexapods

רובוטים מפוסקים (למשל, צ'יטה-שינג, בהשראת הכלב) ורובוטים hexapod (inect-inspired) דורשים רגליים חזקות, קלות משקל ו torsos כדי לתמוך בריצה מהירה גבוהה, קופץ או עלייה של מחזורי לחץ חזק יותר על הגיאומטריה של צוות האחסון כדי למזער את האינטנסיביות תוך כדי השפעה על נחיתה, לדוגמה, FEA של ניתוח חד-חמצני עשוי לשמור על ידי גירוי חד-ממדי חזק.

המונחים: Ornithopters and Hovering Drones

מזל"טים של פלמית מחקים ציפורים, עטלפים או חרקים. הכנפיים שלהם עוברים עיוותים גדולים, מחזוריים בתדרים לעתים קרובות מעל 10 הרץ.ניתוח סטרקטידור חייב לשקול הפיכה אווירולקטית - אינטראקציה בין כוחות אווירודינמיקה לבין עיוות כנף.FEA יחד עם אופטימיזציה מהירה נוזל חישובי (FSI) צופה מעליות עור, גרר, ומדורגת בו זמנית ניתוח מודוללי משמש כדי למנוע בדיקות שומן אחד (Freic) באופן אחר, או ירידה מהירה).

המונחים: Fish- and Eel-inspired Robots

רובוטים תת-ימיים שוחה כמו דגים או אללים עומדים בפני כוחות גרור נוזליים וריאציות לחץ.גופם חייב להיות גמיש מספיק כדי לייצר דחף אבל נוקשה מספיק כדי לשדר את הניתוח סטרקטיטורי עוזר לעצב את עמוד השדרה המופרע ומפרקים תואמים.FEA עם אינטראקציה של זנב נוזלי (FSI) מאמת את האופן שבו הגוף מתפוגג במים וכיצד עיוות משפיע על מהירות השחייה.

אתגרים בניתוח סטריקט

(למרות חשיבותו, ניתוח מבני של רובוטים בעלי השראה ביולוגית עומד בפני כמה מכשולים.ראשון, ה-FLT:0) מורכבות של חומרים ביולוגיים (FLT) 1 - כגון ג'לים נוסטליסטים, קשיחות הדרגתית של ⁇ , או סיבים פעילים - קשה לסווג באופן מדויק של מערכות הפעלה ליניאריות, אך לא ניתן ליישב באופן קבוע בין 3 ל- 4.

התייחסות לאתגרים אלה דורש שילוב של מודלים מופחתים (למשל, הסתברות של אלמנט beam) כדי להאיץ את הניתוח, למידת מכונה כדי לחזות כישלון מסימולציה, ופלטפורמות שיתוף פעולה המקשרות בין FEA מבנית עם כלי סימולציה שליטה. החוקרים גם מפתחים טכניקות מקודמות מודלים המשתמשים בנתונים ניסיוניים כדי לחדד פרמטרים, שיפור דיוק ללא חישובים מיותרים.

כיוונים עתידיים

העתיד של ניתוח מבני בביו-שראה רובוטיקה נע לכיוון ⁇ :0real-time, ניטור בריאות משולב FLT:1 . Embedding סיבים-אופטיים זנים, אגזואלקטריים אגנומטרים, או אפילו חיישנים רזים עד למבנה הרובוטי של הרובוטים יאפשרו משוב מתמשך של לחץ ונתונים במהלך ניתוח.זה יכול להאכיל בחזרה לתוך תאומה דיגיטלית - לדוגמה וירטואלית של טיפול תרופתי, כדי להתאים את לוח הזמנים של טיפול תרופתי, אם הוא מאפשר ל-Frack CRACreic באופן קבוע, כדי להתאים את ה-אופטי, כדי לאפשר משוב מתמשך של הרובוטי תיבות של טיפול תרופתי, כדי להתאים את ה-Frackcreperic בזמן אימון משותף, כדי לאפשר את ה-Fracking באופן קבוע, כדי להתאים את לוחמת, כדי להתאים את לוחמת, כדי לאפשר משוב מתמיד של הרובוטי תיבות של טיפול תרופתי, כדי להתאים את לוח זמנים, כדי להתאים את לוח זמנים של נוגדנים וירטואלי, כדי להתאים את לוחמת, לדוגמה, כדי לאפשר משוב מתמשך של נוגדנים וירטואלי, לדוגמה, כדי לאפשר טיפול תרופתי, לדוגמה, כדי להתאים את לוחמת אבטחה מיקרו-אוטמי שיכולה, אם הוא מאפשר טיפול תרופתי, כדי להתאים את לוח זמנים של טיפול תרופתי, לדוגמה, כדי להתאים את לוח

(FLT:0) חומרים מתקדמים FLT:1 יעצו עוד יותר ביצועים מבניים. פולימרים עצמיים יכולים לתקן באופן אוטונומי microcracks, להאריך את תוחלת החיים. Shape-memory מרוכבים מאפשרים שינויים קשיחים על פי דרישה (למשל, כנף שהופכת נוקשה במהלך ייצור רפלקטיבי וגמישומי במהלך ייצור עם חומרים מרובים (דרגתיות, מוטבעת), חיישנים אלה חייבים לפתח תכונות פונקציונליות או סגסוגת חדשה.

כיוון מבטיח אחר הוא (FLT:0) אופטימיזציה אופטימיזציה של FEA:1 בהשראת ישירות על ידי דפוסי צמיחה ביולוגיים (למשל, מבנה עצמות טרבקי) באמצעות שגרות אופטימיזציה מבוסס FEA, מהנדסים יכולים ליצור מבנים פנימיים דמויי LITS הממזערים את המסה בעוד מגבלות פגישה. גישה זו כבר הפיקה נשק כי הם קלים יותר מ-40% וגם יותר נזק סובלני מאשר עיצובים חישוביים, כמו כוח חישוביים, 000, 000, 000, 000, 000 אופטימיזציה מלאה של עומסים, בהתחשב במקרים רבים של עומס גבוה יותר מאשר אופטימיזציה של עומסים.

לבסוף, השילוב של רשתות פולימרים למאקרו-היקף של הרובוט כולו - יסייע לפתוח את מלוא הפוטנציאל של חומרים בהשראת ביולוגית.לדוגמה, הקשיחות יוצאת הדופן של משי העשבים אל המאקרו-היקף של הרובוט כולו - יסייעו לפתוח את הפוטנציאל המלא של חומרים בעלי השראה ביולוגית.לדוגמה, הקשיחות יוצאת הדופן של משי עכביש נובעת באופן פעיל מהמבנה ההיררכי שלו.

לסיכום, ניתוח מבני הוא עמוד השדרה של רובוטים פונקציונליים, אמינים ביו השראה.על ידי מינוף שיטות כמו FEA, ניתוח מודולי, בדיקות חומרים, מהנדסים יכולים להפוך מושגים ביולוגיים מופשטים למכונות מוחשיות לשרוד והצטיין בעולם האמיתי. כמו חיישנים, חומרים וטכניקות סימולציה מראש, הסינרגיה בין טביעות הכחולות הטבע וההנדסה האנושית תמשיך להתרחב, מה שהופך רובוטים מעוררי השראה ביולוגית ויעילים יותר מאי פעם, יותר, גמישים יותר מאי פעם, מאשר גמישים יותר מאי פעם.

(ב) [ה]: [ה] [קרא]: [ב] [ה] [ה]] [ה]] [ה]]] [ה]]] [ה]]] [ה]]]] [ה]]] [ה]]] [ה'ה']'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''