CapÃtulo 1 : Microbotics
La microrobótica, a veces conocida como microbotics, es un subcampo de la robótica en miniatura que se centra en robots móviles que tienen dimensiones inferiores a un milímetro. También es posible utilizar esta frase para referirse a los robots que son capaces de manejar componentes de tamaño micrométrico.
Los microbots nacieron como resultado de la introducción del microcontrolador en la última década del siglo XX, así como de la introducción de los sistemas microelectromecánicos (MEMS) en silicio. Sin embargo, la mayoría de los microbots no utilizan silicio para ningún componente mecánico que no sean sensores. Fue a principios de la década de 1970 cuando se llevaron a cabo las primeras investigaciones y diseños conceptuales de este tipo de robots en miniatura. En su momento, esta investigación era clasificada y se realizaba para las agencias de inteligencia de los Estados Unidos. En ese momento, algunas de las aplicaciones que se concibieron incluían tareas como operaciones de intercepción electrónica y apoyo a los prisioneros de guerra. Las tecnologías subyacentes que respaldaban la reducción de tamaño aún no estaban completamente desarrolladas en ese momento, lo que significaba que los avances en el desarrollo de prototipos no se produjeron inmediatamente como resultado de este conjunto temprano de cálculos y diseño conceptual. Según el año 2008, el actuador de accionamiento por rasguño es utilizado por los microrobots más pequeños.
El crecimiento de las conexiones inalámbricas, en particular Wi-Fi (es decir, en las redes domésticas), ha mejorado significativamente la capacidad de comunicación de los microbots y, como resultado, su potencial para coordinarse con otros microbots con el fin de llevar a cabo actividades más sofisticadas. La comunicación entre microbots ha sido objeto de una importante cantidad de investigaciones en los últimos tiempos. Un ejemplo de esto es la creación de un enjambre de 1.024 robots en la Universidad de Harvard, que puede ensamblarse en una variedad de formas. Otro ejemplo es la producción de microbots en SRI International para el programa "MicroFactory for Macro Products", que puede construir estructuras ligeras y de alta resistencia.
También ha sido posible construir microbots conocidos como xenobots utilizando tejidos orgánicos en lugar de componentes metálicos y electrónicos. Debido al hecho de que son autoalimentados, biodegradables y biocompatibles, los xenobots pueden eludir algunos de los problemas tecnológicos y ambientales asociados con los microbots típicos.
Es posible usar el prefijo "micro" para significar "pequeño" de manera subjetiva; Sin embargo, la estandarización de las escalas de longitud ayuda a evitar confusiones. Por lo tanto, un nanorobot tendría dimensiones características que están en o por debajo de un micrómetro, o manipularía componentes que se encuentran dentro del rango de uno a mil nanómetros. Se requiere una citación. Por ejemplo, un microrobot tendría dimensiones inferiores a un milímetro, un milirobot tendría dimensiones inferiores a un centímetro, un minirobot tendría dimensiones inferiores a diez centímetros (cuatro pulgadas) y un robot pequeño tendría dimensiones inferiores a cien centímetros (39 pulgadas).
Más de una fuente se refiere a los robots que miden más de un milímetro como microbots, y los robots que miden más de un micrómetro se conocen como nanobots. Además, consulte la categoría: micro robots.
El movimiento de los microrobots está determinado por el propósito de los robots, así como por el tamaño que se requiere para ellos. Cuando se trata de tamaños submicrónicos, el mundo físico requiere el uso de métodos de transporte bastante peculiares. Cuando se trata de robots aéreos, el número de Reynolds es inferior a uno. Dado que las fuerzas viscosas son más poderosas que las fuerzas de inercia, es posible que el "vuelo" se logre utilizando la viscosidad del aire en lugar del concepto de sustentación de Bernoulli. Es posible que los robots que se mueven a través de fluidos requieran flagelos giratorios, similares a la forma móvil de E. coli. El robot es capaz de navegar por las superficies de una amplia variedad de terrenos gracias a la capacidad de saltar, que es a la vez sigilosa y eficiente con la gestión de la energía. Los cálculos pioneros (Solem 1994) investigaron los muchos comportamientos que podrían ocurrir basados en la realidad física.
Cuando se trata del desarrollo de un microrobot, uno de los obstáculos más importantes es producir movilidad utilizando una fuente de alimentación muy limitada. Los microrobots tienen la capacidad de utilizar una fuente de batería pequeña y liviana, como una celda de moneda, o pueden extraer energía del entorno que los rodea en forma de vibración o energía luminosa. Además, los motores biológicos, como la Serratia marcescens flagelada, se están utilizando como fuentes de energía para los microrobots. Estos motores son capaces de extraer energía química del fluido que rodea al dispositivo robótico para impulsarlo hacia adelante. Los biorobots en cuestión son capaces de ser controlados directamente por estímulos como la quimiotaxis o la galvanotaxis, y existen múltiples sistemas de control disponibles para su funcionamiento. La utilización de energía inducida externamente como medio para alimentar robots es una alternativa común a la utilización de una batería a bordo. Ejemplos de métodos que se pueden utilizar para activar y operar micro robots incluyen la utilización de campos electromagnéticos, ultrasonido y luz.
"Diseño de microrobots impulsados por luz con aplicaciones en microbiología y biomedicina" fue el tema principal de la investigación que se realizó en 2022 bajo la metodología fotobiocatalítica.
Los microrobots utilizan varios tipos de locomoción para viajar a través de una amplia variedad de entornos, que van desde superficies sólidas hasta fluidos fluidos. Los sistemas biológicos que sirven de inspiración para estas tecnologías se utilizan a menudo, y están diseñados para ser eficaces a microescala. En el proceso de diseño y operación de la locomoción de microrobots, es necesario maximizar una serie de parámetros, incluidos la precisión, la velocidad y la estabilidad, al mismo tiempo que se minimizan otros, como el consumo de energía y la pérdida de energía. Esto se hace para garantizar que el movimiento del microrobot sea correcto, efectivo y eficiente.
Muchos factores importantes, como la longitud de la zancada y los costos de transporte, se utilizan en el proceso de caracterización de la locomoción de los microrobots. Estos parámetros se utilizan para caracterizar y evaluar el movimiento de los microrobots. Una zancada es un ciclo completo de movimiento que comprende todos los pasos o fases que se requieren para que un organismo o robot avance repitiendo una secuencia particular de acciones. Una zancada se utiliza en el contexto del movimiento. La distancia que recorre un microrobot en un solo ciclo completo de su mecanismo de locomoción se conoce como longitud de zancada, que se mide en segundos. El término "costo de transporte" (CoT) se refiere a la cantidad de mano de obra necesaria para mover un microrobot que tiene una unidad de masa en una unidad de distancia.
Las capacidades de locomoción de superficie permiten que los microrobots se muevan de diversas maneras, como caminar, gatear, rodar y saltar, entre otros movimientos posibles. Los microrobots en cuestión son capaces de superar una variedad de obstáculos, incluyendo la gravedad y la fricción. El número de Frounde es uno de los parámetros que se utilizan comúnmente para describir la locomoción de superficie. Se define de la siguiente manera:
F r es igual a
v.
2.
g) *
?;
s.
En términos de estilo de visualización, Fr es igual al factor de v al cuadrado. La expresión {g*\lambda _{s}}}}
v representa la velocidad del movimiento, g representa el campo gravitatorio y As representa la longitud de una zancada. Un microrobot que exhibe un número de Froude bajo se mueve más lentamente y con mayor estabilidad, ya que las fuerzas de gravedad son la fuerza dominante. Por otro lado, un microrobot que exhibe un alto número de Froude muestra que las fuerzas de inercia son más significativas, lo que permite un movimiento más rápido y posiblemente menos estable.
Cuando se trata de locomoción de superficie, gatear es una de las actividades más comunes. Hay una variedad de técnicas que utilizan los microrobots para gatear, pero la mayoría de ellas implican el movimiento coordinado de muchas patas o apéndices. Una serie de criaturas, incluidos insectos, reptiles y pequeños mamíferos, sirven como fuente de inspiración para el mecanismo que impulsa los movimientos de los microrobots. Por otro lado, RoBeetle es un ejemplo de un microrobot rastrero. El microrobot totalmente autónomo tiene un peso de 88 miligramos, lo que equivale aproximadamente al peso de tres granos de arroz. El metanol se quema en un proceso catalítico, que proporciona al robot su energía. Los micromúsculos artificiales catalíticos basados en NiTi-Pt que son sintonizables y están compuestos por un mecanismo de control mecánico son la base de este diseño.
Cuando se trata de accionar el movimiento de la superficie de los microrobots, hay algunas otras alternativas disponibles. Estos incluyen actos magnéticos, electromagnéticos, piezoeléctricos, electrostáticos y ópticos.
Los microrobots que son capaces de nadar están diseñados para funcionar en tres dimensiones mientras atraviesan...
