Insekten inspirieren Roboter-Design

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Wenn John Schmitt eine fliehende Kakerlake ansieht, sieht er nicht Krankheit oder Schmutz. Er sieht die perfekte laufende Maschine. "Ich nehme meine Inspiration, wo ich es bekommen kann", sagte er.

Schmitt, Assistant Professor in der Oregon State University School der mechanischen, Industrie und Fertigung Technik versucht, zweibeinigen Roboter zu entwickeln, die leicht über die härtesten Oberflächen ausgeführt werden können. Er will einen Roboter zu erstellen, der so einfach wie Kakerlaken und Guinea Hennen, zwei Kreaturen, die offenbar in der Lage, dies zu tun, ohne nachzudenken und ohne Unterbrechung ausgeführt werden kann.

Schaben, mit ihren langen Haltungen und gespreizten Beinen, langsam nur etwa 20 Prozent, wenn man über Blöcke, die mehr als dreimal höher sind als ihre Hüften. "ihre bemerkenswerte Fortbewegung Leistung hat mehr zu tun, wie sie aufgebaut sind, wie sie reagieren, sagte" er.

Schmitt und seine Kollegen haben ein Computermodell entwickelt, einen laufenden Roboter zur Wiederherstellung einer Änderung der Boden-Oberfläche fast so gekonnt wie ein Perlhuhn ermöglicht.

Darüber hinaus untersuchen sie das Zusammenspiel von Energiespeicherung und Ausgaben, Sensor und Feedback Anforderungen und Bein Winkeln erfahren Sie Erholung von Störungen – diese Ereignisse oder Hindernisse, die Bewegung, wie Schlaglöcher zu stören – so dass sie auf zukünftige Roboterdesign anwenden können.

Ziel ist es, schließlich die reale Sache, einen Roboter zu entwerfen, das Gelände unter gefährlichen Umständen abdecken kann – z. B. in das Militär, Polizei oder in der Weltraumforschung. Beim Menschen kann das Wissen helfen Prothesen zu verbessern. "Ich hoffe, wir könnten besser Prothesen als die, die wir jetzt haben, produzieren", sagte Schmitt.

In dieser Phase des Projekts funktioniert eigentlich nicht Schmitt, 36, Hands-on mit den Insekten. Vielmehr ist seine Rolle bei der Entwicklung von Fortbewegung Computermodelle, die die Tiere als Grundlage zu verwenden. Zum Beispiel begann er mit der Idee, dass Guinea Hennen ihre Bein-Winkel und Beinlänge bei Touch-Down zur Wiederherstellung Tropfen im Gelände zu ändern.

"Seit dem grundlegenden, vertikal-Flugzeug Fortbewegung Modell ich verwende [gilt] für eine Vielzahl von Tieren, die von Schaben bis hin zu Menschen, habe ich dann, die Schabe für einige Ideen sah, wie die Beinlänge während der Zeit es Berührungen verändern sollte den Boden, und wie der Bein Winkel aufsetzen in Reaktion auf eine Änderung im variieren sollte Höhe gemahlener "erklärte er.

Seine Forschung Kollege Robert Full an der University of California, Berkeley, arbeitet direkt mit den Kakerlaken. "Seine Arbeit konzentriert auf die Untersuchung der Muskelaktivierung, die Kakerlake Beine auftritt, während sie laufen,", sagte Schmitt. "Ich hatte noch nicht die Chance [Full Lab] besuchen. Ich weiß, dass im Rahmen der Einleitung, er oft Besucher in seinem Labor halten eine Kakerlake hat. Während ich ein großer Fan bin von wie sie laufen, wäre ich wahrscheinlich nicht so begeistert, dass bereithalten. Doch wenn ich die Chance bekomme, bin ich sicher, dass ich werde."

Schmitt, gebürtig aus Creve Coeur, Mo, einem Vorort von St. Louis, wuchs in nahe gelegenen Chesterfield, einer von vier Söhnen des Maschinenbau-Ingenieur und Hausfrau. Er studierte an der Washington University in St. Louis, wo er Maschinenbau studierte. Er erwarb einen Master-Abschluss in Maschinenbau, auch von der Washington University im Jahr 1996, gefolgt von einen Master Of Arts an der Princeton University im Jahr 1999. Im Jahr 2001 erhielt er einen Ph. D. in Maschinenbau und Luft-und Raumfahrttechnik, auch von Princeton.

"Ein Vater, wer war ein Maschinenbau-Ingenieur, und wer hat coole Projekte wie Kampfjets, sicherlich eine Inspiration für immer ein Maschinenbauingenieur war", sagte er.

Er ist verheiratet. Seine Frau Heather, wer hat einen Doktortitel in Molekularbiologie und "wird derzeit versucht herauszufinden, genau das, was sie, in die nächste Phase ihres Lebens zu tun will", sagte er.

Sein Interesse an der Wissenschaft erwuchs eine Begabung für Mathematik und eine Vorliebe für Logik-Puzzles zu lösen. Es ist nicht schwer zu sehen, wie diese Kindheit Interessen in eine technische Laufbahn, mit einem Schwerpunkt auf Forschung entwickelt.

"Als Kind versucht herauszufinden, wie Dinge funktionieren in erster Linie eine schwierige Logik-Puzzle ist," sagte er. Es ist recht interessant, Elemente auseinander zu nehmen und zu sehen, wie die einzelnen Komponenten zusammenpassen, um das fertige Produkt zu produzieren. Ein Ingenieur, jedoch erfordert die Mathematik um herauszufinden, warum Komponenten funktionieren, wie sie es tun – und wie Sie dieses Wissen um ihnen bessere design nutzen können. "

Er fand seine frühesten Fortbewegung "Modelle" in der Bucht, die lief in der Nähe von seinem Elternhaus. "Ich war immer fasziniert von der Wasserläufer und ihre Fähigkeit, flott zu bleiben und gleiten über die Oberfläche des Wassers," erinnert er sich. "Ich hatte keine Ahnung, wie sie in der Lage waren zu bleiben auf dem Wasser und in der Lage, mit nur einer einfachen Bewegung so schnell bewegen. Es ist nur in den letzten Jahren, die was wir gelernt haben, wie Wasserläufer Oberflächenspannung des Wassers, effektiv über die Wasseroberfläche zu rudern nutzen.

"In Bezug auf mein Interesse an der Fortbewegung, das war sicherlich meine erste Inspiration für den Wunsch, herauszufinden, wie unglaublich einfache biologischen Organismen wurden bemerkenswerte Leistungen, Kunststücke ausführen, die in den meisten Fällen noch nicht repliziert oder von der wissenschaftlichen Gemeinschaft verstanden werden", fügte er hinzu. "Die Natur ist voll von diesen Arten von Rätseln und als Wissenschaftler, die sind wir erst am Anfang zu kratzen an der Oberfläche unseres Verständnisses von wie Tiere und Insekten ihr Leistungsniveau zu erreichen."

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Anmerkung der Redaktion: Diese Forschung wurde unterstützt durch die National Science Foundation (NSF), die Bundesagentur für angeklagt Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Sehen den Blick hinter die Kulissen Archiv.