Некроботоника — это практика использования биотических материалов (или мертвых организмов) в качестве компонентов роботов. [1] В июле 2022 года исследователи из Престонской инновационной лаборатории в Университете Райса в Хьюстоне, штат Техас, опубликовали статью в журнале Advanced Science , в которой представили эту концепцию и продемонстрировали ее возможности путем повторного использования мертвых пауков в качестве роботизированных захватов и применения сжатого воздуха для активации их захватных рук. [1] [2] [3] [4] [5]
Necrobotics использует органическую гидравлическую систему паука и его компактные ноги для создания эффективной и простой системы захвата. Захват Necrobotics Spider способен поднимать небольшие и легкие предметы, тем самым выступая в качестве альтернативы сложным и дорогим небольшим механическим захватам. [6]
Главной привлекательностью тела паука в некроботике является его компактный механизм ног и использование гидравлического давления. [7] [8] Анатомия паука использует простую гидравлическую (жидкостную) систему давления. Ноги паука имеют сгибательные мышцы, которые естественным образом сжимают их ноги, когда они расслаблены. [1] [8] Для выпрямления и разгибания ног требуется сила, которую пауки достигают, перекачивая гемолимфическую жидкость (кровь) через свои суставы в качестве средства гидравлического давления. [6] [8] Для сгибания их ног не требуется никакой внешней силы из-за естественного скрученного состояния их сгибательных мышц. [1]
В июле 2022 года исследователи из Престонской инновационной лаборатории в Университете Райса опубликовали статью, в которой подробно описывались их эксперименты с захватом. Хотя мертвые пауки больше не производят гемолимфу, Те Файе Яп (ведущий автор и выпускник факультета машиностроения) обнаружил, что закачка воздуха через иглу в головогрудь паука дает те же результаты, что и гемолимфа. [1] Первоначальная гидравлическая (жидкостная) система по сути преобразуется в пневматическую (воздушную) систему.
Типичное давление в ногах покоящегося паука колеблется от 4 кПа до 6,1 кПа. Исследователи удлинили ноги, увеличив внутреннее давление паука до 5,5 кПа. [1] Нагнетание воздуха в тело увеличивает внутреннее давление, заставляя ноги расширяться. Нагнетание воздуха из тела уменьшает внутреннее давление, заставляя ноги сокращаться из-за их сгибательных мышц ног. Когда внутреннее давление уменьшается до 0 кПа, захват будет полностью закрыт, что позволит захвату захватывать объекты. Это действие показывает, что по мере уменьшения внутреннего давления сила захвата увеличивается. И наоборот, когда внутреннее давление увеличивается, сила захвата уменьшается. [1] Было обнаружено, что при захвате отдельных утяжеленных ацетатных бусин некроботический захват достигает максимальной силы захвата 0,35 миллиньютонов. [1] [6]
Чтобы оценить силу захвата более мелких и более крупных пауков, исследователи создали график для прогнозирования силы захвата относительно размера паука. Вес тела паука-волка относительно равен силе захвата его ног. [1] Масса захвата составляет 33,5 мг и может поднять в 1,3 раза больше своего веса (43,6 мг или 0,35 мН). [1] Однако у более крупных пауков сила захвата относительно веса тела уменьшается. Например, прогнозируется , что 200-граммовый гигантский птицеед поднимет 10% своего веса (20 грамм или 196 мН). [1] [6] Хотя существует обратная зависимость между массой паука и силой захвата, более крупные пауки прилагают большие силы захвата, чем более мелкие пауки.
Функциональность некроботического захвата полностью зависит от структурной целостности паука. Если бы паук ломался легко и часто, захват был бы непрактичным. Используя циклическое тестирование, серию повторяющихся действий, было обнаружено, что некроботический захват может срабатывать от 700 до 1000 раз. [6] После 1000 циклов на мембране суставов ног начинают образовываться трещины из-за обезвоживания. [1] Ослабленные и разлагающиеся суставы приводят к частым поломкам и замене, тем самым являясь препятствием для применения некроботики в реальных сценариях.
Одним из теоретических решений этой проблемы является нанесение пчелиного воска или смазки на суставы. Исследователи обнаружили, что за 10 дней масса непокрытого паука уменьшилась в 17 раз больше, чем масса паука, покрытого пчелиным воском. [1] Смазка суставов борется с обезвоживанием и замедляет потерю органического материала.
Necrobotics может служить быстрой и точной альтернативой механическим компонентам, которые сложно изготовить. Поскольку небольшие механические захваты дороги и сложны, в качестве замены можно использовать necrobotic grabper. Изготовление этих пневматических захватов-пауков может быть выполнено менее чем за 30 минут, и они имеют относительно длительный срок службы в 1000 циклов. [1] Necrobotic grabper идеально подходит для процессов, требующих деликатного обращения с материалами и перемещения легких объектов в ограниченные пространства. Также могут быть приложения в микроэлектронике , где necrobotic grabpers могут выполнять простые действия по захвату и опусканию.
Помимо некроботического захвата паука, в подполе некробототехники нет других роботизированных концепций. Будущие некробототехнические концепции могут использовать мягкую робототехнику и электрические стимулы для повторного использования биотического материала в биогибридных системах. Другое применение некробототехники — использование уже существующих костных структур для размещения роботизированных компонентов.
При использовании органического материала существует более высокая вероятность разложения и поломки компонента по сравнению с традиционными механическими системами. Могут потребоваться дополнительные работы и управление для замены этих захватов, если они выйдут из строя. Кроме того, органические несоответствия с пауками дадут неточные результаты. Не все пауки-волки развиваются одинаково, поэтому сила захвата и сокращение ног могут различаться в зависимости от захвата.
Усыпление пауков ради робототехники имеет моральные последствия. [ по мнению кого? ] Этические границы, которые некробототехника устанавливает в стремлении к биогибридным системам, вызывают опасения, поскольку противники утверждают, что это может привести к гибридизации млекопитающих и является вмешательством в природу. [9] Сторонники отвечают, что повторное использование мертвых животных было человеческой практикой на протяжении тысячелетий и что некробототехнику следует развивать для развития науки. [9]