Hedelmäkärpäsen biologiaa mallintava laite lisää koneiden autonomiaa ja tehokkuutta. Tutkijaryhmä esitteli Nature Communications -lehdessä läpimurtoisen keksinnön, joka voi muuttaa radikaalisti robottien mahdollisuuksia ja parantaa turvallisuutta vaarallisissa olosuhteissa: biokompatibeli anturi, joka on mallinnettu hedelmäkärpäsen mukaan ja joka voi tarjota autonomisille koneille panoraamanäkymän ja keinotekoisen hajuaistin .
Sisältö
Tämä pienikokoinen ja tehokas laite yhdistää visuaalisen ja kemiallisen tunnistuksen yhteen koteloon, avaten uusia mahdollisuuksia pelastusdrooneille ja roboteille.
Inspiraatio luonnosta: hedelmäkärpäsen monimutkainen silmä.
Hedelmäkärpänen on tunnettu erinomaisista näkökyvyistään. Sen monimutkaiset silmät mahdollistavat nopean tiedonkäsittelyn ja huomattavasti laajemman näkökentän kuin ihmisellä. Käyttäen tätä mallia vertailukohtana insinöörit kehittivät anturin, jossa on 1027 näköyksikköä , jotka on jaettu vain 1,5 millimetrin pinnalle.
Tämän anturin valmistaminen vaati edistynyttä teknologiaa: kaksifotonipolymerisaatiota femtosekuntilaserin avulla, mikä mahdollisti optisten komponenttien miniatyrisoinnin ja robotiikan alalla ennennäkemättömän tiheyden saavuttamisen. Tuloksena syntyi pieni, kevyt keinotekoinen silmä, jonka näkökenttä on 180 astetta ja joka sopii erinomaisesti droneille ja mikroroboteille, jotka toimivat rajoitetuissa ja vaikeissa tiloissa.
Sopeutuminen äärimmäisiin olosuhteisiin: suojaus ja toiminnallisuus.
Yksi mobiilirobotiikan ongelmista on anturien kestävyys ankarissa ympäristöolosuhteissa. Tämän ongelman ratkaisemiseksi tutkijat ovat rakentaneet anturien linssien väliin pienet keinotekoiset karvat, joita kutsutaan harjaksiksi . Nämä elementit jäljittelevät biologista toimintoa: ne estävät kosteuden kertymisen ja suojaavat linssejä pölyltä ja roskilta.
Tällainen rakenne takaa anturin toimintakyvyn jopa kosteassa, pölyisessä tai epävakaassa ympäristössä, mikä on erittäin tärkeää pelastus-, tarkkailu- tai tutkimusmissioissa katastrofialueilla. Koon ja kestävän rakenteensa ansiosta anturi voidaan asentaa kevyisiin robotteihin, jotka tarvitsevat maksimaalista liikkuvuutta ja autonomiaa.
Näkö ja hajuaisti yhdessä laitteessa: läpimurto robotiikan alalla.
Projektin radikaalin askeleen oli keinotekoisen hajuaistin integrointi. Insinöörit lisäsivät tulostetun kemiallisen matriisin, joka pystyy muuttamaan väriä havaittuaan vaarallisia kaasuja . Vaikka luonnossa kärpäset eivät haista silmillään, näön ja kemiallisen havaitsemisen yhdistelmä yhdessä anturissa on tehokas ratkaisu roboteille.
Tämä kaksoisominaisuus mahdollistaa robotin painon vähentämisen yhdistämällä perustoiminnot yhteen moduuliin. Miniatyyriroboteilla suoritetuissa testeissä bio-CE -niminen järjestelmä pystyi tunnistamaan liikkuvia esineitä ja välttämään esteitä reagoimalla uhkiin sekä edestä että sivulta ilman, että robotin ”päätä” tarvitsi kääntää.
Tekniset ongelmat ja tulevaisuuden potentiaali
Nykyisessä prototyypissä on ongelmia, jotka liittyvät kuvan resoluutioon ja kemiallisen anturin reaktionopeuteen. Kaarevat linssit aiheuttavat joitakin kuvan vääristymiä, jotka vaativat lisätietokoneenkäsittelyä korjaamiseksi. Lisäksi kemiallinen reaktio on hitaampi kuin visuaalinen, joten tutkijat aikovat optimoida molemmat näkökohdat tulevissa versioissa.
Insinöörit väittävät, että näiden rajoitusten voittamisen jälkeen anturi voi mullistaa hätätilanteiden jälkien raivaamisen . Tällä teknologialla varustetut miehittämättömät lentokoneet voivat tunkeutua romahtaneisiin rakennuksiin, löytää selviytyjiä ja havaita näkymättömiä kemikaalivuotoja, ottamalla hoitaakseen tehtäviä, jotka ovat liian vaarallisia ihmisille.
