Microrobótica
La microrrobótica es la rama de la robótica que estudia el diseño de dispositivos robóticos que se mueven a escala micrométrica; de micrómetro a milímetro.
Esta disciplina incluye especialmente el desarrollo y fabricación de pequeños robots móviles. El término microrrobótica a veces también se utiliza para referirse a la producción de elementos de robot de tamaño micrométrico o elementos de software capaces de gestionar componentes micrométricos.
A escalas aún más pequeñas, hablamos de nanobots .
Tamaño y definición
El prefijo " micro " se ha utilizado mucho para designar subjetivamente a pequeños robots, pero de tamaños muy variables. Un proyecto para estandarizar los nombres de las escalas de tamaño evita confusiones. Entonces :
- Un nanobot tiene dimensiones de 1 micrómetro o menos, o permite manipular componentes en el rango de 1 a 1000 nm de tamaño.
- Un micro-robot tendría unas dimensiones características inferiores a 1 milímetro,
- un milirobot tendría dimensiones inferiores a un cm (se mide en milímetros),
- un minirobot tendría unas dimensiones inferiores a 10 cm ,
- un pequeño robot tendría unas dimensiones inferiores a 100 cm .
Historia y previsión
El primer origen de la micro-robótica quizás se encuentre en los pequeños autómatas y luego en la ciencia ficción .
La microrrobótica es todavía una disciplina muy emergente, pero ya existen micro-robots experimentales.
Aunque su diseño es bastante simple, algunos ya pueden, por ejemplo, moverse sobre el agua como gerris o trepar paredes.
Los nanocomponentes y nanomotores que han aparecido desde la década de 1990 parecen sugerir la creación de nanorobots más sofisticados en los próximos años o décadas. Algunos prospectivistas incluso vislumbran una convergencia (conocida como “ NBIC ” ) de tecnologías de miniaturización, procesamiento de datos, biología y comunicación.
Una tendencia podría ser la del desarrollo de motores biológicos como fuentes de energía, que utilizarían por ejemplo bacterias como Serratia marcescens del género Serratia , capaces de consumir energía química que se encuentra en su entorno y utilizable para accionar el dispositivo robótico. Los biorobots también se pueden controlar directamente mediante estímulos como la quimiotaxis o la galvanotaxis .
De las conexiones inalámbricas (por ejemplo de WiFi en redes domóticas) se incrementará rápidamente la capacidad de comunicación de los micro-robots con su entorno, lo que podría permitirles realizar tareas más complejas y coordinadas.
En 2008 logramos orientar y ordenar (por ejemplo, hacerlos ensamblar por parejas o en cuatro y a una distancia de 2 o 4 microrobots rudimentarios más delgados que el diámetro de un cabello
Condiciones específicas para el desarrollo de la microrrobótica
El desarrollo de los microrobots implica una mejor comprensión y dominio de determinados fenómenos físicos en juego a estas escalas, porque un micro-robot está sometido a fuerzas que adquieren gran importancia a escalas micrométricas y que no perturbarían un objeto de mayor tamaño;
La microrrobótica incluye el estudio de los procesos de fabricación (microsistemas, incluso nano-sistemas, incluida la microelectrónica o la nanoelectrónica ) necesarios para elementos de muy pequeña escala .
La biomimética es una disciplina que inspira a la microrobótica,
Micromecánica
Debe permitir que el robot se mueva e interactúe con su entorno, por ejemplo:
- De hápticas que permiten al robot adherirse a un robot, y posiblemente agarrar objetos, montar otro microrobot o anclarlo a un sustrato ;
- de micromotores que permitan a los elementos móviles según se muevan uno o más grados de libertad ;
- micro giroscopios son buscados o dispositivos alternativos que cumplen funciones similares;
- modos de viaje innovadores; Por ejemplo, como hacen los gerris, los microrobots ya pueden moverse sobre el agua aprovechando la tensión superficial de este "sustrato" líquido. También tratamos de imitar las ventosas de los geckos, para permitir que un robot de varios gramos o decenas de gramos camine sobre el techo o sobre cualquier soporte (programa Geckohair del Nanolab de la Universidad Carnegy Mellon ). Los alumnos están trabajando en sistemas de adherencia que se adaptan a distintos grados de pendiente, permitiendo caminar suspendidos (desde el techo, debajo de una sábana, etc.).
Biomimético
Una de las fuentes de inspiración de la robótica es la propia naturaleza, que ha probado una gran cantidad de mecanismos y comportamientos, algunos de los cuales son de interés para la robótica. La imitación del funcionamiento de las redes neuronales y los centros nerviosos y generadores centrales de la médula espinal de los animales primitivos ya permite imitar ciertos mecanismos como caminar, nadar, correr, gatear. Los grupos de músculos son reemplazados por servomotores, pero que se animan reproduciendo los movimientos y el ritmo de caminar, nadar, gatear o correr según los impulsos distribuidos a los microcircuitos informáticos que imitan la red nerviosa.
La imitación a veces va incluso más allá. por ejemplo:
- El Nanolab trabaja para identificar y reproducir ciertas moléculas coloidales muy adhesivas sintetizadas por animales ( caracoles , babosas , ciertos escarabajos pueden adherirse fuerte pero temporalmente a un soporte gracias a tales moléculas). Se encuentra desarrollando instrumentación adaptada para medir el desempeño de este tipo de adhesivos.
- el nanolab ha producido un pequeño robot en forma de tanque, equipado con pistas adhesivas, que puede trepar paredes pegándose a ellas;
- El nanolab también ha desarrollado Micro-Fibrillas Adhesivas que permiten una adhesión muy reforzada en un plano no horizontal, pero una actuación que estamos lejos de saber reproducir es la capacidad de los sistemas vivos de curar, alimentarse y reproducirse, capacidades que también plantean. nuevas cuestiones éticas , que van más allá del campo habitual de la bioética .
- Un robot inspirado en la salamandra evoluciona fácilmente de un entorno acuático a terrestre; Un pollo puede seguir corriendo por reflejo con la cabeza cortada, lo que demuestra que la columna y la médula espinal contienen los centros motores esenciales.
- Los robots ( salamandras o serpientes ) imitan el rastreo. Sobre este principio, Joseph Ayers (Northeastern University en Boston) también desarrolló robots que imitan los movimientos de la lamprea y la langosta.
Riesgos y límites
Uno de los riesgos inducidos por la biomimética es que los robots que se parecen demasiado a los animales se confunden con sus modelos y son cazados por depredadores reales.
Microelectrónica
Los microprocesadores permiten la ejecución de software informático dando su autonomía al robot. Se necesitan microprocesadores de muy baja potencia para los microrobots porque deben mantenerse livianos y no pueden llevar una gran fuente de energía con ellos.
Biomecánica
Los investigadores han logrado animar un robot o, más precisamente, hacer que el robot reaccione a los obstáculos oa la luz gracias a cultivos de neuronas de rata.
Micro o nano sensores
Deben permitir que el robot se ubique (o lo ubique) en su entorno;
Se trata, por ejemplo, de células que reaccionan a la luz, sensores de temperatura, presión, ondas, antenas de radio, etc. incluso una micro cámara .
Posibles usos
Esperamos que automáticamente puedan realizar tareas peligrosas, dolorosas, repetitivas o imposibles para los humanos (en espacios reducidos, en el vacío), es decir, tareas más sencillas pero haciéndolas mejor de lo que haría un ser humano.
Los prospectivistas imaginan que pueden utilizarse como
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robot industrial y técnico (capaz por ejemplo de construir piezas o mecanismos muy pequeños, de diagnosticar o reparar el interior de una máquina sin desmontarla, de inspeccionar una tubería desde el interior, etc. Los imaginamos posiblemente capaces de trabajar en vacío o en la ausencia de aire, etc.)
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robot aspirador o electrodomésticos más pequeños y discretos que los que existen actualmente
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robot lúdico (robots educativos para ser programados ... Por el momento, solo existen en forma de juguetes con la imagen de robots, pero que no son ellos mismos) o robots educativos del tipo BEAM (acrónimo de "Biological, Electronic, Estética y Mecánica ") son robots poco inteligentes, sin microcontrolador ni programa embebido de ningún tipo; Un resorte o una simple goma elástica pueden ser una fuente de energía mecánica para pequeños proyectos experimentales.
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Robot médico o asistencia médica . un micro-robot podría tal vez algún día operar en un organismo vivo.
- micro-sondas espaciales o micro-robots que se enviarán al espacio para ahorrar el volumen ocupado y la carga para llevar en la exploración espacial
Autonomía
Para ser autónomo, el micro-robot debe tener:
- sensores suficientemente eficientes (micro o nanosensores )
- autonomía energética que requiere microbaterías de alto rendimiento, bajo consumo energético o la capacidad de encontrar y utilizar una fuente de energía externa (solar, haz de microondas, fuente de hidrógeno que alimenta su celda de hidrógeno, capacidad biomimética para extraer energía de la materia orgánica ...) . Una forma de ahorrar energía es asegurarse de que las diversas funciones de un microrobot se activen solo cuando sea necesario y de forma óptima. El resto del tiempo se ponen en reposo, lo que no impide que se mueva pasivamente (arrastrado por el viento, la corriente, un vehículo, etc.)
- un sistema de inteligencia a bordo (individual o colectivo en el caso de robots con funciones complementarias que trabajan juntas, como hormigas en un hormiguero ) y / o comunicación que permita interacciones o control remoto.
El programa de instrucción debe ser lo suficientemente sofisticado para responder y responder a la ocurrencia de eventos simples y cambios en el ambiente ( estímulos ) (individual o colectivamente, como por ejemplo hormigas en un hormiguero) con reacciones apropiadas.
Microrobots en la literatura y el cine
Varios autores de ciencia ficción y cine utilizan micro o incluso nanorobots en sus novelas, cuentos o películas, por ejemplo en forma de micro-drones.
Notas y referencias
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Video que presenta un sistema de control (resumen) de micro-robots (Universidad de Duke)
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http://nanolab.me.cmu.edu/projects/geckohair/
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Blog de New Scientis, titulado "Inspirándose en la naturaleza"
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Adhesivos sintéticos para escarabajos que utilizan líquidos para una mejor adhesión , Nanolab , consultado el 11/04/2010
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Adhesion Force Characterization , Nanolab, consultado el 11/04/2010
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Adhesive robot tank , Nanolab, consultado el 11/04/2010.
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[Adhesivos micro-fibrilares direccionales]
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Un robot-salamandra equipado con una columna vertebral equivalente , marzo de 2007 consultado 2010 04 11) desarrollado por un equipo franco-suiza
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Artículo sobre la salamandra robot franco-suiza (New Scientis, marzo de 2007 consultado 2010 04 11)
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Ver también
Artículos relacionados
enlaces externos