Современная технология производства особо чистых продуктов, различные процессы в микроэлектронике, фармацевтика и многие другие прорывные технологии требуют всё более точного и, главное постоянного контрольного оборудования , которое работает без контакта с объектом измерений

Био-медицинские технологии требуют более простых технологических контрольных и мониторинговых решений , одним из главных условий которых является возможность стабильной и точной работы без непосредственного контакта с контролируемым объектом

В последнее время наиболее массовые измерительные операции , такие , как например , анализ и экспресс анализ крови , стремятся максимально упростить и выполнять без вмешательства в подконтрольную среду

Робототехнические устройства требуют всё более совершенных сенсоров для систем обратной связи , что заставляет изобретателей и инновационных интерпретаторов билогических объектов постоянно искать аналоги решения своих проблем в модульных природных био-механических и более сложных и многофункциональных био-интеграционных композиционных решениях

Далее приводятся наиболее удачные из таких решений :

Инженеры создали гибкое устройство для имитации ощущений прикосновения. Работа с описанием устройства опубликована в журнале Nanotechnology, ее краткое содержание приводит ScienceNow.

Устройство состоит из золотых электродов, закрепленных на гибком полимере. Слой золота для изготовления электродов авторы наносили на тонкую полоску силикона, и полученный "сэндвич" закрепляли на сетке эластичного полимера. Затем полимер с электродами переносили на толстую силиконовую основу и выворачивали полученное устройство наизнанку так, чтобы золотые электроды оказались внутри.

По словам создателей, если поместить в устройство палец, то ток, проходящий по электродам, вызывает в подушечках пальцев ощущение покалывания. Авторы утверждают, что управляя током, в будущем можно будет имитировать прикосновения к поверхностям разной фактуры а также ощущения тепла и холода.

Работа касается прежде всего методики изготовления гибкого устройства и закрепления на нем электродов, а не управления электростимуляцией. Для того, чтобы научиться передавать разные фактуры и ощущения, понадобятся дополнительные исследования.

Ранее другая группа инженеров представила устройство, выполняющее обратную функцию - датчик прикосновений. На его создание авторов вдохновило строение волосков, закрепляющих надкрылья жуков. Две покрытые ворсинками пластины датчика оказались очень чувствительны к давлению, поскольку оно изменяло поверхность контакта между ними

Очень часто исключительная чуствительность созданных эквивалентов природных биологических объектов превосходит все имеющиеся представления об этом

Инженеры создали чувствительный сенсор прикосновений, который способен различать давление, сдвиг и кручение. Работа опубликована в журнале Nature Materials, а ее краткое содержание приводит Nature News.

На создание сенсора ученых вдохновила система фиксации надкрыльев у некоторых жуков. Она состоит из ворсинок, которые смыкаются друг с другом, когда надкрылья насекомых закрыты и находятся в покое. В какой-то степени система напоминает застежки-липучки с тем различием, что не имеет крючков - ворсинки соединяются друг с другом только за счет поверхностных Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий.

Подобным же образом устроен и датчик, созданный инженерами из Сеульского Национального Университета. Он состоит из двух полимерных пластин, несущих ворсинки, высота которых составляет около микрометра, а диаметр в десять раз меньше. На ворсинки напыляется металлическое покрытие, которое делает их поверхность проводящей.

Две пластины соединяются друг с другом ворсистыми сторонами лицом к лицу и присоединяются к датчику сопротивления. Ток может относительно свободно проходить с одной пластины на другую, а сопротивление зависит от общей площади соприкосновения между ворсинками. При малейшем изменении положения ворсинок сопротивление меняется, что и является основой работы датчика.

Созданный авторами прототип оказался способен фиксировать давление всего в 5 паскаль, что соответствует воздействию тела весом в 510 грамм на площадь в один квадратный метр. Уникальность сенсора заключается в том, что, анализируя изменение сопротивления, авторы научились различать разные способы механического воздействия: давление, сдвиг и кручение. Таким же свойством обладает и кожа животных, но искусственные сенсоры до сих пор были на это не способны.

Инженеры продемонстрировали способности прототипа, записав перемещение по нему божьей коровки и течение капли воды. Кроме того, при установке на запястье человека, детектор оказался способен определять пульс.

Ранее другая группа инженеров научила роботов различать поверхности, текстуру которых не может отличить даже человек. Разработка опиралась на обычные, коммерчески доступные сенсоры и касалась только оптимизации алгоритмов, при помощи которых роботы ощупывают материалы и анализируют полученные данные.

Ученые разработали метод осязания, позволяющий роботам различать сходные по текстуре поверхности лучше, чем это делают люди. Работа опубликована в журнале Frontiers in Neurorobotics, ее краткое содержание можно прочитать на сайте Университета Южной калифорнии.

Исследователи собрали тестового робота из коммерчески доступных компонентов и занялись созданием программного обеспечения, которое позволило бы ему максимально достоверно различать сходные поверхности.

Тактильный сенсор, на основе которого происходило осязание, имитировал строение человеческого пальца. Снаружи он был покрыт эластичной "кожей", несущей папиллярные узоры, а внутри был заполнен жидкостью. Внутри находились датчики тепла, силы и давления. Когда искусственный палец скользил по поверхности, в жидкости возникали колебания, которые записывались напоминающим микрофон датчиком.

Осязание всегда сопряжено с исследовательским движением. Для различения поверхностей человек всегда ощупывает интересующий предмет. Без таких движений в пальце не возникает колебаний, дающих необходимую информацию о фактуре поверхности.

Чтобы научить роботов ощупывать предметы, получая при этом максимум информации, ученые обратились к теории вероятностей и теореме Байеса. Она позволяет на основе косвенных данных, которые могут быть не точны (результаты ощупывания), определить вероятность события (наличие той или иной поверхности).

Сначала авторы обучали робота на тестовой подборке из 117 материалов, а затем предложили ему определить один из них с помощью ощупывания.

Оказалось, что для различения поверхностей с вероятностью в 95 процентов, роботу было достаточно совершить всего пять тактильных движений. Если количество движений не было ограничено, то вероятность правильного определения поверхности достигала 99,6 процента, что, по словам ученых, превышает способности человека.

Разработанная методика может пригодиться для создания протезов, способных чувствовать текстуру поверхности. Также с ее помощью можно будет изготавливать роботов, наделенных осязанием.

Также громадный интерес вызывают вопросы динамики и движения , которые в биологических объектах решены природой в самом лаконичном и эффективном виде

Группа японских инженеров создала робота, способного двигаться по градиенту, подобно тому, как это делают слизевики. Работа опубликована в журнале Advanced Robotics, ее обзор приводит сайт PhysOrg.com.

Своей задачей инженеры поставили создание робота, моделирующего движение по градиенту, без предварительно выбранного направления. Робот состоял из наполненного воздухом мешка, к которому по периметру были присоединены цилиндрические двигательные элементы. Каждый из них был соединен с двумя ближайшими при помощи пружин, снабженных датчиками растяжения и моторами, которые могли натягивать пружину. Двигательные элементы могли находиться в двух режимах - либо закрепляться на поверхности с помощью электромагнитов, либо свободно скользить.

Каждый двигательный элемент индивидуально управлялся специальными осцилляторами. Их работа зависела только от положения двигательного элемента в координатах моделированного градиента. Никакой централизованной системы управления или программы робот не имел.

По своему устройству робот напоминал одновременно и примитивных многоклеточных - слизевиков и даже одноклеточных амеб. Протоплазме, актино-миозиновым комплексам и якорным белкам у робота соответствовали воздушный мешок, натягиваемые пружины и электромагниты.

Отсутствие необходимости централизованного управления движением оказалось не единственным оригинальным свойством модели. В приводимом авторами компьютерном моделировании видно, что, благодаря своей пластичности, робот может растягиваться, протискиваясь сквозь узкие щели, а затем восстанавливать исходную форму.

Робототехники давно используют живые организмы в качестве прототипа для своей работы. Машина, моделирующая самый древний и примитивный тип биологического движения, появилась уже после того, как были созданы роботы, подражающие движению человека, четвероногих млекопитающих, гусениц и насекомых.

Особый интерес представляют работы по созданию и имитации гибких робототехнических систем, которые в дальнейщшем смогут сочетаться с операторами в системах автоматизированного производства и , особенно , в гибких производственных автоматизированных роботах и модулях

Ученые из Гарвардского университета представили гибкого робота с четырьмя конечностями-щупальцами, передает Associated Press.

Тело робота имеет X-образную форму и изготовлено из эластичных полимеров. В центральной части его туловища и в каждой конечности находятся камеры. Последовательно подавая в них воздух через подсоединенную гибкую трубку, оператор приводит робота в движение.

Робот может перемещаться разными способами. Манера его движения зависит от того, в какой последовательности воздух поступает в туловище и конечности.

Создатели заявляют, что у "мягкотелого" робота есть сразу несколько преимуществ перед традиционными роботами из твердых материалов. Благодаря способности к деформации он может проникать в узкие щели (в ходе испытаний "кальмар" пролез в щель в два сантиметра высотой). Низкий центр тяжести делает его более устойчивым.

Робот насчитывает 13 сантиметров в длину. New Scientist уточняет, что в будущем его разработчики планируют выпустить более крупную версию. Она не потребует подсоединения трубки: в камеры будет поступать газ из баллона на теле робота.

Робота сконструировали ученые из Гарвардского университета под руководством химика Джорджа Уайтсайдса (George Whitesides). Исследователи заявили, что за образец они взяли кальмара и морскую звезду. Отчет о роботе был опубликован в американском научном журнале PNAS.

При разработке новых инновационных производственных систем крайне важно иметь представление о новейших достижениях в области аналогового воспроизводства субъектов биосферы

Знание и умелое их применениев процессе формирования инновационных решений может существенно сократить затраты и ещё более существенно поднять эффективность разработок