En banebrydende udvikling inden for robotik er fremkommet fra samarbejdsundersøgelser fra forskere ved UC Santa Barbara og Tu Dresden, der konstruerede en sverm af programmerbare robotter, der var i stand til at morfere og tilpasse sig realtid ved at efterligne biologiske processer observeret i levende celler. Inspireret af den mekaniske tilpasningsevne af embryonisk væv overgår de robotiske kollektive overgange mellem væskelignende og solide-lignende tilstande, hvilket muliggør opgaver, såsom at bære tunge belastninger, selvreparering og omformning efter behov.
Bioinspirerede designprincipper
Holdet trak paralleller mellem deres robotsystem og den dynamiske opførsel af celler under embryonal udvikling. I levende embryoner opnår væv strukturel kompleksitet gennem koordinerede cellulære bevægelser drevet af tre nøglemekanismer:
Fluidisering: Celler "strømmer" midlertidigt over hinanden for at omorganisere, før de stabiliseres til faste konfigurationer.
Polarisering: Celler justerer retningsmæssigt for at generere kollektive kræfter.
Adhæsion: Celler opretholder forbindelser, selv under omarrangement, hvilket sikrer strukturel integritet.
Robot Swarm Architecture
Hver diskformet robot (5 cm diameter) fungerer autonomt via et ombord lithium-ion-batteri, hvilket giver 30 minutters uudettet funktionalitet. Perifere gear muliggør bevægelse, mens roterbare magneter tillader midlertidig vedhæftning mellem enheder. En polariseret lyssensor oven på hver robot registrerer retningsbestemte signaler og oversætter lysintensitet til bevægelsesparametre:
Retning: Bestemt af let polariseringsvinkel.
Kraft: Proportional med lysintensiteten, dikterer gearrotationshastighed.
Intelligent kontrolsystem
Forskere implementerede en regelbaseret ramme for at orkestrere svermadfærd uden forprogrammering af specifikke former eller bevægelser. Ved at modulere lyssignaler vekslede det kollektive mellem væsken omorganisering og fast stabilisering. De vigtigste demonstrationer inkluderet:
Strukturel brodannelse: To undergrupper fusionerede for at danne en bærende bro, der understøtter 5 kg.
Platforme med høj kapacitet: Konfigurationer vedvarende vægte op til 70 kg (menneskelig skala).
Form morfing: Flyvning rundt om forhindringer for at samle værktøjer (f.eks. Skriftlignende former).
Selvreparation: autonom korrektion af strukturelle defekter.
Effektivitet og skalerbarhed
Dynamisk lysmodulation (pulserende vs. stabile signaler) Forbedret energieffektivitet under statsovergange. Systemets modulære design antyder skalerbarhed med potentielle anvendelser i søgning og redning, adaptiv infrastruktur og rekonfigurerbar fremstilling.
Offentliggjort iVidenskabunder titlen"Materiale-lignende robotkollektiver med spatiotemporal kontrol af styrke og form,"Denne forskning broer robotik og materialevidenskab og tilbyder et paradigmeskifte i design af adaptive systemer, der spejler intelligensen af biologiske organismer.