03 (Nanowerk-Neuigkeiten) In natürlichen Ökosystemen spielt die Herdenmentalität eine große Rolle – von Fischschwärmen über Bienenstöcke bis hin zu Ameisenkolonien. Dieses kollektive Verhalten ermöglicht es dem Ganzen, über die Summe seiner Teile hinauszugehen und besser auf Bedrohungen und Herausforderungen zu reagieren. Dieses Verhalten inspirierte Forscher der University of Texas in Austin und sie arbeiten seit mehr als einem Jahr an der Schaffung „intelligenter Schwärme“ mikroskopisch kleiner Roboter. Die Forscher haben soziale Interaktionen zwischen diesen winzigen Maschinen so gestaltet, dass sie als eine koordinierte Gruppe agieren und Aufgaben besser erledigen können, als wenn sie sich einzeln oder zufällig bewegen würden. „Alle diese Gruppen, Vogelschwärme, Fischschwärme und andere, jedes Mitglied der Gruppe hat die natürliche Neigung, mit seinem Nachbarn zusammenzuarbeiten, und zusammen sind sie schlauer, stärker und effizienter, als sie es alleine wären. “, sagte Yuebing Zheng, außerordentlicher Professor am Walker Department of Mechanical Engineering und am Texas Materials Institute. „Wir wollten mehr über die Mechanismen erfahren, die dies bewirken, und sehen, ob wir es reproduzieren können.“ Zheng und sein Team stellten diese Innovationen erstmals in einem in veröffentlichten Artikel vor Fortgeschrittene Werkstoffe letztes Jahr. In einem neuen Artikel, der kürzlich in veröffentlicht wurde, gehen sie jedoch noch einen Schritt weiter Wissenschaft Fortschritte. In der neuen Arbeit haben Zheng und sein Team diesen Schwärmen eine neue Eigenschaft namens adaptive Zeitverzögerung verliehen. Dieses Konzept ermöglicht es jedem Mikroroboter innerhalb des Schwarms, seine Bewegung an Veränderungen in der lokalen Umgebung anzupassen. Dadurch zeigte der Schwarm eine deutliche Steigerung der Reaktionsfähigkeit, ohne seine Robustheit zu beeinträchtigen – die Fähigkeit, schnell auf jede Umgebungsveränderung zu reagieren und gleichzeitig die Integrität des Schwarms aufrechtzuerhalten.
Diese Erkenntnis basiert auf einem neuartigen optischen Feedbacksystem – der Fähigkeit, diese Mikroroboter mithilfe steuerbarer Lichtmuster kollektiv zu steuern. Dieses System wurde erstmals in der Arbeit der Forscher aus dem Jahr 2023 vorgestellt – die kürzlich von der Redaktion zur „Wahl der Redaktion“ gewählt wurde Fortgeschrittene Werkstoffe – und es erleichterte die Entwicklung einer adaptiven Zeitverzögerung für Mikroroboter. Die adaptive Zeitverzögerungsstrategie bietet Potenzial für Skalierbarkeit und Integration in größere Maschinen. Dieser Ansatz könnte die betriebliche Effizienz autonomer Drohnenflotten erheblich steigern. Ebenso könnte es Lkw- und Pkw-Transportern ermöglichen, ausgedehnte Autobahnfahrten gemeinsam autonom zu bewältigen, mit verbesserter Reaktionsfähigkeit und erhöhter Robustheit. So wie Fischschwärme kommunizieren und einander folgen können, können auch diese Maschinen kommunizieren. Dadurch ist keine zentrale Steuerung erforderlich, deren Betrieb mehr Daten und Energie erfordert. „Nanoroboter sind im Einzelfall anfällig für komplexe Umgebungen; Sie haben Schwierigkeiten, sich unter schwierigen Bedingungen wie Blutbahnen oder verschmutztem Wasser effektiv zurechtzufinden“, sagte Zhihan Chen, ein Ph.D. Student in Zhengs Labor und Co-Autor der neuen Arbeit. „Diese kollektive Bewegung kann ihnen helfen, sich in einer komplizierten Umgebung besser zurechtzufinden, das Ziel effizient zu erreichen und Hindernissen oder Bedrohungen auszuweichen.“ Nachdem sich diese Schwarmmentalität im Labor bewährt hat, besteht der nächste Schritt darin, weitere Hindernisse einzuführen. Diese Experimente wurden in einer statischen flüssigen Lösung durchgeführt. Als nächstes werden sie versuchen, das Verhalten in fließender Flüssigkeit zu wiederholen. Und dann werden sie es in einem Organismus reproduzieren. Sobald diese intelligenten Schwärme vollständig entwickelt sind, könnten sie als fortschrittliche Kräfte zur Medikamentenabgabe dienen, die in der Lage sind, durch den menschlichen Körper zu navigieren und dessen Abwehrkräfte zu umgehen, um Medikamente an ihr Ziel zu bringen. Oder sie könnten wie iRobot-Roboterstaubsauger funktionieren, bei verunreinigtem Wasser jedoch gemeinsam jeden Teil eines Bereichs reinigen. (Nanowerk berichtete in unserem Spotlight über diese Arbeit: „Bahnbrechende optische Plattform enthüllt Geheimnisse der natürlichen Schwarmintelligenz für kollektive Mikrorobotik der nächsten Generation (mit Videos)")
Diese Erkenntnis basiert auf einem neuartigen optischen Feedbacksystem – der Fähigkeit, diese Mikroroboter mithilfe steuerbarer Lichtmuster kollektiv zu steuern. Dieses System wurde erstmals in der Arbeit der Forscher aus dem Jahr 2023 vorgestellt – die kürzlich von der Redaktion zur „Wahl der Redaktion“ gewählt wurde Fortgeschrittene Werkstoffe – und es erleichterte die Entwicklung einer adaptiven Zeitverzögerung für Mikroroboter. Die adaptive Zeitverzögerungsstrategie bietet Potenzial für Skalierbarkeit und Integration in größere Maschinen. Dieser Ansatz könnte die betriebliche Effizienz autonomer Drohnenflotten erheblich steigern. Ebenso könnte es Lkw- und Pkw-Transportern ermöglichen, ausgedehnte Autobahnfahrten gemeinsam autonom zu bewältigen, mit verbesserter Reaktionsfähigkeit und erhöhter Robustheit. So wie Fischschwärme kommunizieren und einander folgen können, können auch diese Maschinen kommunizieren. Dadurch ist keine zentrale Steuerung erforderlich, deren Betrieb mehr Daten und Energie erfordert. „Nanoroboter sind im Einzelfall anfällig für komplexe Umgebungen; Sie haben Schwierigkeiten, sich unter schwierigen Bedingungen wie Blutbahnen oder verschmutztem Wasser effektiv zurechtzufinden“, sagte Zhihan Chen, ein Ph.D. Student in Zhengs Labor und Co-Autor der neuen Arbeit. „Diese kollektive Bewegung kann ihnen helfen, sich in einer komplizierten Umgebung besser zurechtzufinden, das Ziel effizient zu erreichen und Hindernissen oder Bedrohungen auszuweichen.“ Nachdem sich diese Schwarmmentalität im Labor bewährt hat, besteht der nächste Schritt darin, weitere Hindernisse einzuführen. Diese Experimente wurden in einer statischen flüssigen Lösung durchgeführt. Als nächstes werden sie versuchen, das Verhalten in fließender Flüssigkeit zu wiederholen. Und dann werden sie es in einem Organismus reproduzieren. Sobald diese intelligenten Schwärme vollständig entwickelt sind, könnten sie als fortschrittliche Kräfte zur Medikamentenabgabe dienen, die in der Lage sind, durch den menschlichen Körper zu navigieren und dessen Abwehrkräfte zu umgehen, um Medikamente an ihr Ziel zu bringen. Oder sie könnten wie iRobot-Roboterstaubsauger funktionieren, bei verunreinigtem Wasser jedoch gemeinsam jeden Teil eines Bereichs reinigen. (Nanowerk berichtete in unserem Spotlight über diese Arbeit: „Bahnbrechende optische Plattform enthüllt Geheimnisse der natürlichen Schwarmintelligenz für kollektive Mikrorobotik der nächsten Generation (mit Videos)")
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- Quelle: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64963.php
