Microrobotica
La microrobotica è la branca della robotica che studia la progettazione di dispositivi robotici in movimento su scala micrometrica; da micrometro a millimetro.
Questa disciplina comprende in particolare lo sviluppo e la produzione di piccoli robot mobili. Il termine microrobotica viene talvolta utilizzato anche per riferirsi alla produzione di elementi robotici di dimensioni micrometriche o elementi software in grado di gestire componenti micrometrici.
A scale ancora più piccole, parliamo di nanobot .
Dimensioni e definizione
Il prefisso " micro " è stato molto utilizzato per designare soggettivamente piccoli robot, ma di dimensioni molto variabili. Un progetto per standardizzare i nomi per le scale di dimensione evita confusione. In tal modo :
- Un nanobot ha dimensioni uguali o inferiori a 1 micrometro o consente di manipolare i componenti in un intervallo compreso tra 1 e 1000 nm.
- Un micro-robot avrebbe dimensioni caratteristiche inferiori a 1 millimetro,
- un millirobot avrebbe dimensioni inferiori a un cm (si misura in millimetri),
- un minirobot avrebbe dimensioni inferiori a 10 cm ,
- un piccolo robot avrebbe dimensioni inferiori a 100 cm .
Storia e lungimiranza
La prima origine della micro-robotica va forse ricercata nei piccoli automi e poi nella fantascienza .
La microrobotica è ancora una disciplina molto emergente, ma esistono già micro-robot sperimentali.
Sebbene abbastanza semplici nel design, alcuni possono già ad esempio muoversi sull'acqua come i gerris o arrampicarsi sui muri.
I nanocomponenti e i nano-motori apparsi a partire dagli anni '90 sembrano suggerire la creazione di nanorobot più sofisticati negli anni o nei decenni a venire. Alcuni prospettivisti ipotizzano addirittura una convergenza (nota come “ NBIC ” ) delle tecnologie di miniaturizzazione, elaborazione dati, biologia e comunicazione.
Una tendenza potrebbe essere quella dello sviluppo di motori biologici come fonti di energia, che utilizzerebbero ad esempio batteri come Serratia marcescens appartenenti al genere Serratia , in grado di consumare l'energia chimica presente nel suo ambiente e utilizzabile per azionare il dispositivo robotico. I biorobot possono anche essere controllati direttamente da stimoli come la chemiotassi o la galvanotassi .
Delle connessioni wireless (ad esempio del WiFi nelle reti domotiche) aumenterà rapidamente la capacità di comunicazione dei micro-robot con il loro ambiente, il che potrebbe consentire loro di svolgere compiti più complessi e coordinati.
Nel 2008 siamo riusciti a guidare e ordinare (ad esempio a farli assemblare in coppia o in quattro ea distanza di 2 o 4 rudimentali microrobot più sottili del diametro di un capello
Condizioni specifiche per lo sviluppo dei microrobotici
Lo sviluppo dei microrobot implica una migliore comprensione e padronanza di alcuni fenomeni fisici in gioco a queste scale, perché un micro-robot è sottoposto a forze che assumono grande importanza a scale micrometriche e che non disturberebbero un oggetto di dimensioni maggiori;
La microrobotica comprende lo studio dei processi di produzione (micro-sistemi, anche nano-sistemi, compresa la micro- o nanoelettronica ) richiesti per elementi su scala molto piccola .
La biomimetica è una disciplina che ispira la microrobotica,
Micromeccanica
Deve consentire al robot di muoversi e interagire con il suo ambiente, ad esempio con:
- Di aptiche che consentono al robot di aderire a un robot, ed eventualmente di afferrare oggetti, di assemblare un altro microrobot, o di essere ancorato a un substrato ;
- di micromotori che consentono agli elementi mobili di spostare uno o più gradi di libertà ;
- si cercano micro- giroscopi o dispositivi alternativi che svolgano funzioni simili;
- modalità di viaggio innovative; Ad esempio, come fanno i gerris, i microrobot possono già muoversi sull'acqua sfruttando la tensione superficiale di questo "substrato" liquido. Cerchiamo anche di imitare le ventose dei gechi, in modo da permettere a un robot di diversi grammi o decine di grammi di camminare sul soffitto o su qualsiasi supporto (programma Geckohair del Nanolab della Carnegy Mellon University ). Gli studenti stanno lavorando su sistemi di adesione che si adattano a vari gradi di pendenza, consentendo la camminata sospesa (dal soffitto, sotto un telo, ecc.).
Biomimetico
Una delle fonti di ispirazione per la robotica è la natura stessa, che ha testato un gran numero di meccanismi e comportamenti, alcuni dei quali sono di interesse per la robotica. Imitare il funzionamento delle reti neurali e dei centri nervosi e dei generatori centrali del midollo spinale di animali primitivi rende già possibile imitare alcuni meccanismi come camminare, nuotare, correre, gattonare. I gruppi muscolari sono sostituiti da servomotori, ma che sono animati riproducendo i movimenti e il ritmo del camminare, nuotare, gattonare o correre secondo gli impulsi distribuiti ai microcircuiti del computer che imitano la rete nervosa.
L'imitazione a volte va anche oltre. per esempio:
- Il Nanolab lavora per identificare e riprodurre alcune molecole colloidali molto adesive sintetizzate dagli animali ( lumache , lumache , certi coleotteri possono aderire fortemente ma temporaneamente ad un supporto grazie a tali molecole). Sta sviluppando una strumentazione adatta alla misurazione delle prestazioni di questo tipo di adesivo.
- il nanolab ha prodotto un piccolo robot a forma di vasca, dotato di binari adesivi, che può arrampicarsi sui muri attaccandosi ad essi;
- Il nanolab ha sviluppato anche micro-Fibrille adesive che consentono un'adesione molto rinforzata su un piano non orizzontale, ma una performance che siamo lontani dal saper riprodurre è la capacità dei sistemi viventi di guarire, nutrirsi e riprodursi, capacità che anche pongono nuove questioni etiche , che vanno oltre il consueto campo della bioetica .
- Un robot ispirato alla salamandra evolve facilmente da ambiente acquatico a terrestre; Un pollo può continuare a correre di riflesso con la testa tagliata, dimostrando che la colonna vertebrale e il midollo spinale contengono i centri motori essenziali.
- I robot ( salamandra o serpente ) imitano il gattonare. In base a questo principio, Joseph Ayers (Northeastern University di Boston) ha sviluppato anche robot che imitano i movimenti della lampreda e dell'aragosta.
Rischi e limiti
Uno dei rischi indotti dalla biomimetica è che i robot che assomigliano troppo agli animali vengono confusi con i loro modelli e cacciati da veri predatori.
Microelettronica
I microprocessori permettono l'esecuzione del software del computer dando la sua autonomia al robot. I microprocessori a bassissima potenza sono necessari per i microrobot perché devono essere tenuti leggeri e non possono portare con sé una grande fonte di energia.
Biomeccanica
I ricercatori sono riusciti ad animare un robot, o più precisamente a far reagire il robot agli ostacoli o alla luce grazie a culture di neuroni di ratto.
Micro o nano sensori
Devono consentire al robot di localizzarsi (o di localizzarlo) nel suo ambiente;
Si tratta, ad esempio, di celle che reagiscono alla luce, sensori di temperatura, pressione, onde, antenne radio, ecc. persino una microcamera .
Possibili utilizzi
Ci auguriamo che possano svolgere automaticamente compiti pericolosi, dolorosi, ripetitivi o impossibili per l'uomo (in piccoli spazi, nel vuoto), cioè compiti più semplici ma eseguendoli meglio di quanto farebbe un essere umano.
I prospettivisti immaginano che possano essere usati come file
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robot industriale e tecnico (capace ad esempio di costruire parti o meccanismi molto piccoli, di diagnosticare o riparare l'interno di una macchina senza smontarla, di ispezionare una tubazione dall'interno, ecc. Li immaginiamo possibilmente in grado di lavorare sotto vuoto o in l'assenza di aria, ecc.)
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robot aspirapolvere o elettrodomestici più piccoli e discreti di quelli attualmente esistenti
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robot ludico ( robot educativi da programmare ... Per il momento esistono solo sotto forma di giocattoli recanti l'immagine di robot, ma che non sono essi stessi) o robot educativi del tipo BEAM (acronimo di "Biological, Electronic, Estetico e Meccanico ") sono robot poco intelligenti, senza microcontrollore o programmi embedded di alcun tipo; Una molla o un semplice elastico possono essere una fonte di energia meccanica per piccoli progetti sperimentali.
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Robot medico o assistenza medica . un micro-robot potrebbe forse un giorno operare in un organismo vivente.
- micro-sonde spaziali o micro-robot da inviare nello spazio per salvare il volume occupato e il carico da trasportare nell'esplorazione spaziale
Autonomia
Per essere autonomo, il micro-robot deve avere:
- sensori sufficientemente efficienti (micro o nanosensori )
- autonomia energetica che richiede microbatterie ad alte prestazioni, basso consumo energetico o la capacità di trovare e utilizzare una fonte di energia esterna (solare, fascio di microonde, fonte di idrogeno che alimenta la sua cella di idrogeno, capacità biomimetica di estrarre energia dalla materia organica ..) . Un modo per risparmiare energia è fare in modo che le varie funzioni di un microrobot vengano attivate solo quando necessario e in modo ottimale. Il resto del tempo vengono messi in standby, il che non gli impedisce di muoversi passivamente (portati via dal vento, dalla corrente, da un veicolo, ecc.)
- un sistema di intelligenza a bordo (individuale o collettivo nel caso di robot con funzioni complementari che lavorano insieme, come formiche in un formicaio ) e / o comunicazione che consente interazioni o controllo remoto.
Il programma didattico dovrebbe essere sufficientemente sofisticato per rispondere e rispondere al verificarsi di eventi semplici e cambiamenti nell'ambiente ( stimoli ) (individualmente o collettivamente, come ad esempio le formiche in un formicaio) con risposte appropriate.
I microrobot nella letteratura e nel cinema
Vari autori di fantascienza e film utilizzano micro o addirittura nanorobot nei loro romanzi, racconti o film, ad esempio sotto forma di micro-droni.
Note e riferimenti
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Video che presenta un sistema di controllo (riepilogo) di micro-robot (Duke University)
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http://nanolab.me.cmu.edu/projects/geckohair/
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New Scientis Blog, intitolato "Prendendo ispirazione dalla natura"
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Adesivi sintetici per scarabeo che utilizzano liquidi per una migliore adesione , Nanolab , accesso 2010/04/11
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Caratterizzazione della forza di adesione , Nanolab, accesso 2010/04/11
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Serbatoio robot adesivo , Nanolab, accesso 2010/04/11.
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[Adesivi microfibrillari direzionali]
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Un robot-salamandra dotato di un midollo spinale equivalente , Marzo 2007 consultata 2010 04 11), sviluppato da un team franco-svizzero
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Articolo sulla salamandra robotica franco-svizzera (New Scientis, marzo 2007 consultato 2010 04 11)
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Vedi anche
Articoli Correlati
link esterno