БИОГИБРИДНЫЕ И БИОМИМЕТИЧЕСКИЕ РОБОТЫ

С идеей мягких роботов связаны роботы, вдохновлённые животным миром, известные как биогибридные и биомиметические роботы.

Биомиметические роботы

Инженеры изучают природные системы (движение рыб, полёт насекомых, структуру паутины, работу биологических сенсоров) и берут из них удачные инженерные решения. Данный робот не «состоит» из живых тканей, а копирует принцип работы или структуру, чтобы добиться лучшей эффективности в конкретной задаче.

Примеры:

1. Робот-кенгуру от Festo: при приземлении он запасает энергию, чтобы сделать следующий прыжок, как настоящее животное.
2. Робот-рыба с двигающимся хвостом, созданная для эффективного плавания.
3. Миниатюрные БПЛА, основанные на аэродинамическом изучении полёта стрекоз и насекомых, чтобы маневрировать в тесных пространствах.
4. Сенсорные системы, имитирующие кожу животных, чтобы робот точнее воспринимал текстуру и давление.

Часто такие решения оказываются более адаптивными, энергоэффективными и устойчивыми, потому что природа за миллионы лет отточила эти механизмы.

Но бывает трудно точно воспроизвести сложный природный механизм (например, микроструктуру лапок геккона) с помощью доступных технологий. Также не всегда получается перенести решение из наномасштаба в макромир.

Биогибридные роботы

В одном устройстве объединяют искусственные компоненты и живые биологические элементы. Цель — получить новые свойства, которые сложно или невозможно получить только из металла и пластика. Живые компоненты могут давать такие преимущества, как способность реагировать на внешние стимулы (свет, химические вещества), самовосстановление или даже элементарные вычислительные способности.

Примеры:

1. Робот, в котором живые мышечные ткани (например, скелетные или сердечные) приводят в движение искусственный каркас.
2. Микророботы, в которые интегрируют одноклеточные организмы (бактерии, водоросли) — их можно использовать для целевой доставки лекарств.
3. Системы, где мицелий гриба генерирует энергию для движения робота.
4. Роботы-киборги: животных (например, тараканов или рыб) модифицируют так, чтобы ими можно было управлять извне.

Но, в данном случае нужно решать такие вопросы как жизнеобеспечение киберорганизма (питание, кислород), долговечности живых компонентов, интеграции с искусственной частью, а также этические и технические барьеры.

Биомиметика — это «вдохновение природой» для создания эффективной механики или сенсоров. Биогибридика — это «слияние» живого и искусственного для получения новых свойств. Часто эти подходы дополняют друг друга: биомиметика может подсказать, как решить задачу, а биогибридика — дать инструмент, которого пока нет в традиционной робототехнике.

Сочетая робототехнику с тканевой инженерией, учёные начинают создавать роботов, приводимых в движение живой мышечной тканью или клетками. Эти устройства можно стимулировать электрически или с помощью света, чтобы заставить клетки сокращаться и изгибать их каркас, заставляя робота плавать или ползать, — пишет Виктория Вебстер-Вуд, инженер в области машиностроения и аэрокосмической техники.

В докладе Science Robotics сообщают, что серьёзные проблемы остаются практически во всех технологиях, которые могли бы обеспечить биоподобное поведение.

Материалы, объединяющие в себе функции восприятия, приведения в действие, вычислений и передачи данных, имеют решающее значение, и их необходимо использовать по мере разработки.