Robotid, kes jäljendavad elu: Dresdeni teadlased muudavad materjalid revolutsiooniliselt!

Robotid, kes jäljendavad elu: Dresdeni teadlased muudavad materjalid revolutsiooniliselt!

Dresden, Deutschland - Dresdeni tehnikaülikooli (TUD) ja California ülikooli Santa Barbara (UCSB) tipptasemel klastri füüsika (POL) teadlased on teinud robootika alal murrangulisi edusamme, arendades robotgruppe, mis käituvad nagu intelligentsed materjalid. Need tulemused avaldati 20. veebruaril 2025 ajakirjas Ajakirja Teadus ja nende eesmärk oli jäljendada rakkude võimet, korraldada end iseseisvalt ja moodustada keerulisi struktuure. Uuringu peamised autorid prof Otger Campàs ja Matthew Devlin olid inspireeritud bioloogilistest protsessidest nende robotite funktsioonide optimeerimiseks.

Uued robotid, millel on väikesed hokikihid, saavad oma kuju kohandada ja tekitada erinevaid materjali paksusi. Teadlased on selleks integreerinud kolm keskset bioloogilist protsessi: aktiivsed jõud, biokeemiline signaali edastamine ja rakurakkude vastutus. Robotite magnetilised elemendid tagavad vastutuse ühikute vahel ja võimaldavad käitumist, mis on võrreldav jäikade materjalidega. Robotiüksuste vahelised dünaamilised jõud toetavad kollektiivse robotisüsteemi muutmist.

tehnoloogilised uuendused üksikasjalikult

Selle robotigrupi silmapaistev omadus on kaheksa mootoriga käiguratast mis tahes robotil, mis vastutab interaktsiooni ja ümberkonfigureerimise eest. Lisaks kasutatakse robotite liikumiste täpseks kontrollimiseks polarisatsioonifiltritega valgusandureid. Funktsioonirühm koosneb praegu kahekümnest ühikust, mis võivad olla skaleeritavad, kuid ka suuremad süsteemid on võimalikud. Selle tehnoloogia potentsiaalsed rakendused on mitmekesised: raskete koormate ja objektidega manipuleerivate robotterjalide hulgast, kuni iseenda materjalideni.

Selle uurimistöö aluspõhimõtted ei piirdu ainult robotkonstruktsiooniga, vaid hõlmavad ka materjalide teaduse praeguste arengute kaare. Sel moel ühendavad uurimismeetodid üha enam bioloogia ja tehnoloogia valdkonnad, kusjuures bioloogilised protsessid ja organismid on integreerinud otse uuenduslike funktsionaalsetesse materjalidesse. Fraunhoferi instituudi töö näitab, et keskendutakse biomimeetiliste materjalide väljatöötamisele, mis jäljendavad looduslikke funktsioone konstruktiivses piirkonnas.

Keskne teadusuuringute aspekt on luua bioühilduvad ja bioaktiivsed materjalid, mis võimaldavad sihipäraseid interaktsioone inimkoega. Molekulaarbioloogia, biotehnoloogia ja polümeerkeemia edusammud toetavad neid jõupingutusi ja viivad muu hulgas uusi implantaadimaterjale, mis lubavad paremat integreerimist inimorganismi. Eesmärk on minimeerida ärritust ja laiendada meditsiinitehnoloogia toodete vastupidavust, mis tagab odava ja kannatliku sõbraliku hoolduse.

Tehniliste ja bioloogiliste süsteemide koostoimet peetakse ülioluliseks, eriti tervishoiusektori rakenduste osas. Bioloogiliste põhimõtete ülekandmine materjaliteadusele on oluline osa ringmajandusest, mis tegeleb materjalide suletud ringkirjaga. Need strateegiad hõlmavad fossiilsete toorainete asendamist taastuvate materjalide ja jääkide tagastamise kaudu.

Bio-intelligentsete materjalide valdkonna arengud sobivad hästi föderaalvalitsuse kõrgtehnoloogia strateegia 2025 eesmärkidega, mis keskenduvad biopõhisele majandusele. Fraunhoferi instituudi teadlased põhinevad integreeritud, arvutipõhiste materjalide arengute (ICME) kasutamisel, et saavutada tulevasi orienteeritud uurimistöö eesmärke. Asutuste vaheline koostöö lubab seega palju lubada intelligentsete materjalide ja robotitehnoloogiate arendamisel edusamme.

Teos toetasid Riiklik Teadusfond (NSF) ja Saksamaa teadusfond (DFG), mis rõhutab uurimistöö olulisust ja näitab, et uuenduslikud lähenemisviisid robootika ja materjaliteaduse osas on endiselt teadusarengu lahutamatu osa. Lisateabe saamiseks saate teha artikleid Dresdeni tehnikaülikoolist siin ja fraunhofer instutist Vaade siin