Un desenvolupament innovador en la robòtica ha sorgit de la investigació col·laborativa de científics de la UC Santa Bàrbara i Tu Dresden, que van dissenyar un eixam de robots programables capaços de morfar i adaptar -se en temps real mitjançant la emulació de processos biològics observats a les cèl·lules vives. Inspirat en l’adaptabilitat mecànica dels teixits embrionistes, les transicions col·lectives robòtiques entre estats similars a fluids i sòlids, que permeten tasques com portar càrregues pesades, auto-reparació i remodelar a la demanda.
Principis de disseny inspirats en bio
L’equip va dibuixar paral·lelismes entre el seu sistema robòtic i el comportament dinàmic de les cèl·lules durant el desenvolupament embrionari. En els embrions vius, els teixits aconsegueixen la complexitat estructural mitjançant moviments cel·lulars coordinats impulsats per tres mecanismes clau:
Fluidització: Les cèl·lules "flueixen" temporalment les unes a les altres per reorganitzar -se abans d'estabilitzar -se en configuracions sòlides.
Polarització: Les cèl·lules s’alineen direccionalment per generar forces col·lectives.
Adhesió: Les cèl·lules mantenen connexions fins i tot durant la reordenació, garantint la integritat estructural.
Arquitectura de Swarm Robotic
Cada robot en forma de disc (de 5 cm de diàmetre) funciona de manera autònoma a través d’una bateria d’ions de liti a bord, proporcionant 30 minuts de funcionalitat sense problemes. Els engranatges perifèrics permeten la locomoció, mentre que els imants rotables permeten una adhesió temporal entre les unitats. Un sensor de llum polaritzat a sobre de cada robot detecta indicis direccionals, traduint la intensitat de la llum en paràmetres de moviment:
Direcció: Determinat per l’angle de polarització de la llum.
Força: Proporcional a la intensitat de la llum, dictant la velocitat de rotació de l’engranatge.
Sistema de control intel·ligent
Els investigadors van implementar un marc basat en regles per orquestrar el comportament dels eixams sense preprogramar formes ni moviments específics. Modulant senyals de llum, el col·lectiu es va alternar entre la reorganització de fluids i l'estabilització sòlida. Demostracions clau incloses:
Pont estructural: Dos subgrups es van fusionar per formar un pont de càrrega que suporta 5 kg.
Plataformes d’alta capacitat: Les configuracions van patir pesos de fins a 70 kg (escala humana).
Forma morfant: flueix al voltant dels obstacles per muntar eines (per exemple, formes semblants a la clau).
Auto-reparació: Correcció autònoma de defectes estructurals.
Eficiència i escalabilitat
Modulació de la llum dinàmica (pulsacions vs senyals estacionàries) va millorar l'eficiència energètica durant les transicions estatals. El disseny modular del sistema suggereix una escalabilitat, amb possibles aplicacions en cerca i rescat, infraestructures adaptatives i fabricació reconfigurable.
Publicat aCiènciaSota el títol"Col·lectius robòtics semblants al material amb control espatiotemporal de la força i la forma", "Aquesta investigació posa en marxa la robòtica i la ciència dels materials, que ofereixen un canvi de paradigma en el disseny de sistemes adaptatius que reflecteixen la intel·ligència dels organismes biològics.