Mikrobotik
Mikrobotik (eller mikrorobotik ) är området för miniatyrrobotik , i synnerhet mobila robotar med karakteristiska dimensioner mindre än 1 mm. Termen kan också användas för robotar som kan hantera komponenter i mikrometerstorlek.
Historia
Mikrobotar föddes tack vare mikrokontrollerns utseende under det sista decenniet av 1900-talet, och utseendet av mikroelektromekaniska system (MEMS) på kisel, även om många mikrobotar inte använder kisel för andra mekaniska komponenter än sensorer. Den tidigaste forskningen och konceptuella designen av sådana små robotar utfördes i början av 1970-talet i (då) hemlig forskning för amerikanska underrättelsetjänster . Tillämpningar som föreställdes vid den tiden inkluderade från krigsfångar och elektroniska avlyssningsuppdrag. De underliggande stödteknikerna för miniatyrisering var inte fullt utvecklade vid den tiden, så framsteg i prototyputvecklingen kom inte omedelbart från denna tidiga uppsättning beräkningar och konceptdesign. Från och med 2008 använder de minsta mikrorobotarna ett ställdon för skrapdrivning .
Utvecklingen av trådlösa anslutningar, särskilt Wi-Fi (dvs. i hushållsnätverk ) har avsevärt ökat mikrobotarnas kommunikationskapacitet, och följaktligen deras förmåga att samordna sig med andra mikrobotar för att utföra mer komplexa uppgifter. Mycket ny forskning har faktiskt fokuserat på mikrobotkommunikation, inklusive en 1 024 robotsvärm vid Harvard University som sätter ihop sig i olika former; och tillverkar mikrobotar på SRI International för DARPAs "MicroFactory for Macro Products"-program som kan bygga lätta, höghållfasta strukturer.
Mikrobotar som kallas xenobots har också byggts med hjälp av biologiska vävnader istället för metall och elektronik. Xenobots undviker några av de tekniska och miljömässiga komplikationerna med traditionella mikrobotar eftersom de är självdrivna, biologiskt nedbrytbara och biokompatibla.
Definitioner
Medan prefixet "mikro" har använts subjektivt för att betyda "liten", undviker standardisering på längdskalor förvirring. Således skulle en nanorobot ha karakteristiska dimensioner vid eller under 1 mikrometer, eller manipulera komponenter i storleksintervallet 1 till 1000 nm. [ citat behövs ] En mikrorobot skulle ha karaktäristiska dimensioner mindre än 1 millimeter, en millirobot skulle ha dimensioner mindre än en cm, en minirobot skulle ha dimensioner mindre än 10 cm (4 tum), och en liten robot skulle ha dimensioner mindre än 100 cm (39 tum). [ citat behövs ]
Många källor beskriver också robotar större än 1 millimeter som mikrobotar eller robotar större än 1 mikrometer som nanobotar.
Designöverväganden
Hur mikrorobotar rör sig beror på deras syfte och nödvändiga storlek. Vid submikronstorlekar kräver den fysiska världen ganska bisarra sätt att ta sig runt. Reynolds -talet för luftburna robotar är mindre än enhet; de viskösa krafterna dominerar tröghetskrafterna , så att "flyga" kunde använda luftens viskositet snarare än Bernoullis lyftprincip . Robotar som rör sig genom vätskor kan kräva roterande flageller som den rörliga formen av E. coli . Hopping är smygande och energieffektivt; det tillåter roboten att ta sig fram på ytorna i en mängd olika terränger. Banbrytande beräkningar (Solem 1994) undersökte möjliga beteenden baserat på fysiska verkligheter.
En av de stora utmaningarna med att utveckla en mikrorobot är att uppnå rörelse med en mycket begränsad strömförsörjning . Mikrorobotarna kan använda en liten lätt batterikälla som en myntcell eller kan ta bort kraft från den omgivande miljön i form av vibrationer eller ljusenergi. Mikrorobotar använder nu också biologiska motorer som kraftkällor, såsom flagellerade Serratia marcescens , för att dra kemisk kraft från den omgivande vätskan för att aktivera robotenheten. Dessa biorobotar kan styras direkt av stimuli som kemotaxi eller galvanotaxi med flera tillgängliga kontrollscheman. Ett populärt alternativ till ett inbyggt batteri är att driva robotarna med externt inducerad kraft. Exempel är användningen av elektromagnetiska fält, ultraljud och ljus för att aktivera och styra mikrorobotar.
2022 års studie fokuserade på ett foto-biokatalytiskt tillvägagångssätt för "design av ljusdrivna mikrorobotar med tillämpningar inom mikrobiologi och biomedicin".
Typer och tillämpningar
På grund av sin lilla storlek är mikrobotar potentiellt mycket billiga och kan användas i stort antal ( svärmrobotar ) för att utforska miljöer som är för små eller för farliga för människor eller större robotar. Det förväntas att mikrobotar kommer att vara användbara i applikationer som att leta efter överlevande i kollapsade byggnader efter en jordbävning eller genom att krypa genom mag-tarmkanalen. Vad mikrobotar saknar i styrka eller beräkningskraft kan de kompensera för genom att använda ett stort antal, som i svärmar av mikrobotar.
Potentiella applikationer med demonstrerade prototyper inkluderar:
Medicinska mikrobotar
.png)
Biohybridmikrosimmare, huvudsakligen sammansatta av integrerade biologiska ställdon och syntetiska lastbärare, har nyligen visat lovande mot minimalt invasiva termanostiska tillämpningar . Olika mikroorganismer, inklusive bakterier, mikroalger och spermatozoider , har använts för att tillverka olika biohybridmikrosimmare med avancerade medicinska funktioner, såsom autonom kontroll med miljöstimuli för målinriktning, navigering genom smala luckor och ackumulering till nekrotiska områden i tumörmiljöer. Styrbarheten hos de syntetiska lastbärarna med långväga applicerade externa fält, såsom akustiska eller magnetiska fält, och inre taxibeteenden hos de biologiska ställdonen mot olika miljöstimuli, såsom kemoattraktanter , pH och syre, gör biohybridmikrosimmare till en lovande kandidat för ett brett utbud av medicinska aktiva lastleveransapplikationer.
Det finns till exempel biokompatibla mikroalgerbaserade mikrorobotar för aktiv läkemedelsleverans i lungorna och mag-tarmkanalen, och magnetiskt styrda mikrobotar för "precision targeting" för att bekämpa cancer som alla har testats med möss.
Se även
| Huvudartiklar |  |
|
|---|---|---|
| Typer | ||
| Klassificeringar | ||
| Förflyttning | ||
| Forskning | ||
| Relaterad | ||
