Некроботика
Некроботика — это практика использования биотических материалов (или мертвых организмов) в качестве компонентов роботов. [1] В июле 2022 года исследователи Престонской инновационной лаборатории Университета Райса в Хьюстоне, штат Техас, статью, в опубликовали в журнале Advanced Science которой представили эту концепцию и продемонстрировали ее возможности, перепрофилировав мертвых пауков в роботизированные захваты и применяя сжатый воздух для активации их захватывающих рычагов. [1] [2] [3] [4] [5]
Necrobotics использует органическую гидравлическую систему паука и его компактные ноги для создания эффективной и простой системы захвата. Некроботический захват-паук способен поднимать небольшие и легкие предметы, тем самым выступая альтернативой сложным и дорогостоящим небольшим механическим захватам. [6]
Предыстория [ править ]
Основная привлекательность тела паука в некроботике - его компактный механизм ног и использование гидравлического давления. [7] [8] В анатомии паука используется простая гидравлическая (жидкостная) система давления. Ноги паука имеют мышцы-сгибатели, которые естественным образом сжимают ноги, когда они расслаблены. [1] [8] Для выпрямления и разгибания ног требуется сила, которую пауки достигают, перекачивая гемолимфическую жидкость (кровь) через суставы в качестве средства гидравлического давления. [6] [8] Чтобы сгибать ноги, не требуется никакой внешней силы, поскольку мышцы-сгибатели находятся в естественном состоянии. [1]
В июле 2022 года исследователи Престонской инновационной лаборатории Университета Райса опубликовали статью, в которой подробно описываются свои эксперименты с захватом. Хотя мертвые пауки больше не производят гемолимфу, Те Фэй Яп (ведущий автор и выпускник машиностроения) обнаружил, что нагнетание воздуха через иглу в головогрудь паука дает те же результаты, что и гемолимфа. [1] Исходная гидравлическая (жидкостная) система по существу преобразуется в пневматическую (воздушную) систему.
Изготовление [ править ]
- Добудьте паука (предпочтительно паука-волка).
- Усыпите паука, используя холодную температуру около -4°C в течение 5-7 дней.
- Вставьте иглу для подкожных инъекций калибра 25 в головогрудь паука (основное тело).
- Нанесите клей вокруг иглы, чтобы сформировать уплотнение, и дайте ему высохнуть.
- Подсоедините шприц или насос к игле
- Вытяните ноги паука, накачивая воздух. [1]
и Тестирование данные
Внутренняя сила против силы захвата
Типичное давление в ногах покоящегося паука колеблется от 4 до 6,1 кПа. Исследователи вытянули ноги, увеличив внутреннее давление паука до 5,5 кПа. [1] Накачивание воздуха в тело увеличивает внутреннее давление, заставляя ноги расширяться. Выкачивание воздуха из тела снижает внутреннее давление, заставляя ноги сокращаться за счет мышц-сгибателей ног. Когда внутреннее давление уменьшится до 0 кПа, захват будет полностью закрыт, что позволит захвату захватывать объекты. Это действие демонстрирует, что по мере уменьшения внутреннего давления сила захвата увеличивается. И наоборот, когда внутреннее давление увеличивается, сила захвата уменьшается. [1] При захвате отдельных утяжеленных ацетатных шариков было обнаружено, что некроботический захват достигает максимальной силы захвата 0,35 миллиньютона. [1] [6]
Вес паука в зависимости силы захвата от
Чтобы оценить силу захвата пауков меньшего и большего размера, исследователи создали график, позволяющий предсказать силу захвата в зависимости от размера паука. Вес тела паука-волка относительно равен силе захвата его ног. [1] Масса захвата составляет 33,5 мг, и он может поднять вес, в 1,3 раза превышающий массу его тела (43,6 мг или 0,35 мН). [1] Однако у более крупных пауков сила захвата по отношению к весу тела уменьшается. Например, по прогнозам, 200-граммовый птицеед-голиаф поднимет 10% своего веса (20 граммов или 196 мН). [1] [6] Хотя существует обратная зависимость между массой паука и силой захвата, более крупные пауки оказывают большую силу захвата, чем более мелкие.
Срок службы захвата [ править ]
Функциональность некроботического захвата полностью зависит от структурной целостности паука. Если бы паук легко и часто ломался, захват был бы непрактичен. С помощью циклического тестирования, серии повторяющихся действий, обнаружено, что некроботический захват может срабатывать от 700 до 1000 раз. [6] После 1000 циклов на оболочке суставов ног из-за обезвоживания начинают образовываться трещины. [1] Ослабленные и разлагающиеся суставы приводят к частым поломкам и замене, тем самым служа препятствием для применения некроботиков в реальных сценариях.
Одним из теоретических решений этой проблемы является нанесение на суставы пчелиного воска или смазки. Исследователи обнаружили, что за 10 дней масса паука без покрытия уменьшилась в 17 раз больше, чем масса паука, покрытого пчелиным воском. [1] Смазка суставов борется с обезвоживанием и замедляет потерю органического материала.
Приложения [ править ]
Некроботика может служить быстрой и точной альтернативой сложным в производстве механическим компонентам. Поскольку небольшие механические захваты являются дорогостоящими и сложными, в качестве замены можно использовать некроботический захват. Изготовление этих пневматических крестовинных захватов может быть выполнено менее чем за 30 минут, а их срок службы составляет 1000 циклов. [1] Некроботический захват идеально подходит для процессов, требующих деликатного обращения с материалами и перемещения легких предметов в ограниченном пространстве. Также могут быть приложения в микроэлектронике , где некроботические захваты могут выполнять простые действия по захвату и опусканию.
Помимо некробота-паука-захвата, в подотрасле некроботики нет других робототехнических концепций. Будущие концепции некроботов смогут использовать мягкую робототехнику и электрические стимулы для перепрофилирования биотического материала в биогибридные системы. Еще одно применение некроботики — использование уже существующих костных структур для размещения компонентов робота.
Ограничения [ править ]
При использовании органического материала существует более высокая вероятность разложения и поломки компонента по сравнению с традиционными механическими системами. В случае выхода из строя этих захватов могут потребоваться дополнительные работы и управление. Кроме того, органические несоответствия паукам приведут к неточным результатам. Не все пауки-волки развиваются одинаково, поэтому сила захвата и сокращение ног у разных захватчиков могут различаться.
Усыпление пауков ради робототехники имеет моральные последствия. [ сомнительно – обсудить ] [ нужны разъяснения ] [ нужна ссылка ] Этические границы, которые некроботы раздвигают в поисках биогибридных систем, вызывают обеспокоенность, поскольку оппоненты говорят, что это может привести к гибридизации млекопитающих и является вмешательством в природу. [9] Сторонники отвечают, что перепрофилирование мертвых животных было человеческой практикой на протяжении тысячелетий и что некроботизация должна развиваться для развития науки. [9]
См. также [ править ]
- 3D-биопечать
- Биомедицинская инженерия
- Заменитель крови
- Животное с дистанционным управлением
- Мягкая робототехника
- Зомби § Теоретические академические исследования
Ссылки [ править ]
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р Да, Те Фэй; Лю, Чжэнь; Раджаппан, Ануп; Симокусу, Тревор Дж.; Престон, Дэниел Дж. (25 июля 2022 г.). «Некроботика: биотические материалы как готовые к использованию исполнительные механизмы» . Передовая наука . 9 (29): e2201174. дои : 10.1002/advs.202201174 . ISSN 2198-3844 . ПМЦ 9561765 . ПМИД 35875913 . S2CID 251038837 .
- ^ Акерман, Эван (26 июля 2022 г.). «Некроботика: мертвые пауки, перевоплощенные в роботов-захватчиков» . IEEE-спектр . Архивировано из оригинала 29 июля 2022 года . Проверено 29 июля 2022 г.
- ^ Уильямс, Майк (25 июля 2022 г.). «Рисовые инженеры справились с «некроботическими» пауками» . Рисовые новости . Университет Райса. Архивировано из оригинала 29 июля 2022 г. Проверено 29 июля 2022 г.
- ^ «Ученые превратили мертвых пауков в роботов» . Новости науки . 4 августа 2022 г. Проверено 21 августа 2022 г.
- ^ Винсент, Джеймс (28 июля 2022 г.). «Ученые реанимируют мертвых пауков в виде роботов, сжимающих когти» . Грань . Архивировано из оригинала 29 июля 2022 года . Проверено 29 июля 2022 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и «Некроботика: мертвые пауки, перевоплощенные в роботов-захватчиков — IEEE Spectrum» . Spectrum.ieee.org . Проверено 19 октября 2023 г.
- ^ «Анатомия паука» , Arc.Ask3.Ru , 20 июля 2023 г. , получено 19 октября 2023 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с «Нога использует гидравлику и гибкость мышц — биологическая стратегия — AskNature» . AskNature.org . Проверено 4 ноября 2023 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б «Как некроботика, или использование мертвых существ в качестве роботов, меняет науку» . www.theswaddle.com . Проверено 31 октября 2023 г.
| Основные статьи |  | |
|---|---|---|
| Типы | ||
| Классификации | ||
| Передвижение | ||
| Навигация и картографирование | ||
| Исследовать | ||
| Компании |
| |
| Связанный | ||
 | Эта статья, посвященная робототехнике, незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее . |