Roboter som imiterar livet: Dresden -forskare revolutionerar material!

Roboter som imiterar livet: Dresden -forskare revolutionerar material!

Dresden, Deutschland - Scientists of the Excellence Cluster Physics of Life (POL) vid Technical University of Dresden (TUD) och University of California Santa Barbara (UCSB) har gjort banbrytande framsteg inom robotik genom att utveckla robotgrupper som uppför sig som intelligenta material. Dessa resultat publicerades den 20 februari 2025 i Specialist Magazine Science och syftade till att imitera cellernas förmåga, ordna sig självständigt och bilda komplexa strukturer. Professor Otger Campàs och Matthew Devlin, studiens huvudförfattare, inspirerades av biologiska processer för att optimera dessa robotfunktioner.

De nya robotarna som ser ut som små hockeypuckar kan anpassa sin form och utveckla olika materialtjocklekar. Forskarna har integrerat tre centrala biologiska processer för detta: aktiva krafter, biokemisk signalöverföring och cellcellansvar. Magnetiska element i robotarna säkerställer ansvar mellan enheterna och möjliggör beteende som är jämförbart med styva material. Dynamiska krafter mellan robotenheterna stöder omvandlingen av det kollektiva robotsystemet.

Teknologiska innovationer i detalj

En enastående funktion i denna robotgrupp är de åtta motoriserade växelhjulen på alla robotar som ansvarar för interaktion och rekonfiguration. Dessutom används ljussensorer med polarisationsfilter för att exakt kontrollera robotarnas rörelser. Den fungerande gruppen består för närvarande av tjugo enheter, vilket kan vara skalbara, men större system är också möjliga. De potentiella tillämpningarna av denna teknik är olika: från robotmaterial som bär tunga belastningar och manipulerar föremål, ända ner till självläkande material.

De underliggande principerna för denna forskning är inte bara begränsade till robotkonstruktion, utan sträcker sig också över en båge på den nuvarande utvecklingen inom materialvetenskap. På detta sätt samlar forskningsmetoder alltmer områdena biologi och teknik, varigenom biologiska processer och organismer integreras direkt i innovativa funktionella material. Arbetet vid Fraunhofer Institute visar att fokus ligger på utveckling av biomimetiska material, som imiterar naturens naturliga funktioner i det konstruktiva området.

En central forskningsaspekt är att skapa biokompatibla och bioaktiva material som möjliggör riktade interaktioner med mänsklig vävnad. Framsteg inom molekylärbiologi, bioteknik och polymerkemi stöder dessa ansträngningar och leder bland annat till nya implantatmaterial som lovar förbättrad integration i den mänskliga organismen. Målet är att minimera irritation och utvidga hållbarheten hos medicinska teknikprodukter, vilket säkerställer billig och tålmodig vänlig vård.

Interaktionen mellan tekniska och biologiska system anses vara avgörande, särskilt när det gäller tillämpningar inom hälsosektorn. Överföringen av biologiska principer till materialvetenskap är en viktig del av den cirkulära ekonomin som bedriver stängda cirkulärer av material. Dessa strategier inkluderar substitution av fossila råvaror genom förnybara material och återvändande av rester.

Utvecklingen inom området biointelligent material går bra med målen för den högteknologiska strategin 2025 för den federala regeringen, som fokuserar på en biobaserad ekonomi. Forskare vid Fraunhofer Institute är baserade på att använda integrerade, datorstödda materialutvecklingar (ICME) för att uppnå framtidsinriktade forskningsmål. Samarbete mellan institutionerna lovar således lovande framsteg i utvecklingen av intelligenta material och robotteknik.

Arbetet stöds av National Science Foundation (NSF) och den tyska forskningsstiftelsen (DFG), som understryker vikten av forskning och indikerar att innovativa tillvägagångssätt inom robotik och materialvetenskap fortfarande är integrerade komponenter i vetenskaplig utveckling. För ytterligare information kan du göra artiklarna från Technical University of Dresden här och från fraunhofer institut Visa här