03 april 2024 (Nanowerk Nieuws) In natuurlijke ecosystemen speelt de kuddementaliteit een grote rol – van scholen vis tot bijenkorven en mierenkolonies. Door dit collectieve gedrag kan het geheel de som der delen overstijgen en beter reageren op bedreigingen en uitdagingen. Dit gedrag inspireerde onderzoekers van de Universiteit van Texas in Austin, en al meer dan een jaar werken ze aan het creëren van ‘slimme zwermen’ microscopische robots. De onderzoekers zorgden voor sociale interacties tussen deze kleine machines, zodat ze als één gecoördineerde groep kunnen optreden en taken beter kunnen uitvoeren dan wanneer ze individueel of willekeurig zouden bewegen. “Al deze groepen, zwermen vogels, scholen vissen en anderen, elk lid van de groep heeft de natuurlijke neiging om samen te werken met zijn buurman, en samen zijn ze slimmer, sterker en efficiënter dan ze op zichzelf zouden zijn. zegt Yuebing Zheng, universitair hoofddocent bij het Walker Department of Mechanical Engineering en het Texas Materials Institute. “We wilden meer leren over de mechanismen die dit mogelijk maken en kijken of we het kunnen reproduceren.” Zheng en zijn team presenteerden deze innovaties voor het eerst in een artikel dat werd gepubliceerd in Geavanceerde materialen afgelopen jaar. Maar ze zijn nog een stap verder gegaan in een nieuw artikel dat onlangs is gepubliceerd in Wetenschap Advances. In het nieuwe artikel hebben Zheng en zijn team deze zwermen een nieuwe eigenschap gegeven: adaptieve tijdsvertraging. Dankzij dit concept kan elke microrobot binnen de zwerm zijn beweging aanpassen aan veranderingen in de lokale omgeving. Door dit te doen vertoonde de zwerm een significante toename van de responsiviteit zonder de robuustheid ervan te verminderen: het vermogen om snel te reageren op elke verandering in de omgeving, terwijl de integriteit van de zwerm behouden blijft.
Deze bevinding bouwt voort op een nieuw optisch feedbacksysteem: het vermogen om deze microrobots op een collectieve manier te besturen met behulp van regelbare lichtpatronen. Dit systeem werd voor het eerst onthuld in het artikel van de onderzoekers uit 2023 – onlangs gekozen als ‘editor’s choice’ door Geavanceerde materialen – en het vergemakkelijkte de ontwikkeling van adaptieve tijdsvertraging voor microrobots. De adaptieve tijdvertragingsstrategie biedt potentieel voor schaalbaarheid en integratie in grotere machines. Deze aanpak zou de operationele efficiëntie van autonome dronevloten aanzienlijk kunnen verbeteren. Op dezelfde manier zou het transportmiddelen van vrachtwagens en auto's in staat kunnen stellen om autonoom en tegelijkertijd lange snelwegritten af te leggen, met een verbeterd reactievermogen en een grotere robuustheid. Op dezelfde manier waarop scholen vissen kunnen communiceren en elkaar kunnen volgen, zullen deze machines dat ook doen. Als gevolg hiervan is er geen enkele vorm van centrale controle nodig, wat meer gegevens en energie kost om te werken. “Nanorobots zijn op individuele basis kwetsbaar voor complexe omgevingen; ze hebben moeite om effectief te navigeren in uitdagende omstandigheden zoals bloedbanen of vervuild water”, zegt Zhihan Chen, een Ph.D. student in het laboratorium van Zheng en co-auteur van het nieuwe artikel. “Deze collectieve beweging kan hen helpen beter door een gecompliceerde omgeving te navigeren, het doel efficiënt te bereiken en obstakels of bedreigingen te vermijden.” Nu we deze zwermmentaliteit in het laboratorium hebben bewezen, is de volgende stap het introduceren van meer obstakels. Deze experimenten werden uitgevoerd in een statische vloeibare oplossing. Vervolgens proberen ze het gedrag in stromende vloeistof te herhalen. En dan gaan ze het repliceren in een organisme. Eenmaal volledig ontwikkeld, zouden deze slimme zwermen kunnen dienen als geavanceerde medicijnafgiftekrachten, die in staat zijn om door het menselijk lichaam te navigeren en de verdedigingsmechanismen te ontwijken om medicijnen naar hun doel te brengen. Of ze zouden kunnen werken als robotstofzuigers van iRobot, maar dan voor vervuild water, waarbij ze gezamenlijk elk stukje van een gebied gezamenlijk schoonmaken. (Nanowerk berichtte over dit werk in onze Spotlight: “Baanbrekend optisch platform ontgrendelt geheimen van natuurlijke zwermintelligentie voor collectieve microrobotica van de volgende generatie (met video's)")
Deze bevinding bouwt voort op een nieuw optisch feedbacksysteem: het vermogen om deze microrobots op een collectieve manier te besturen met behulp van regelbare lichtpatronen. Dit systeem werd voor het eerst onthuld in het artikel van de onderzoekers uit 2023 – onlangs gekozen als ‘editor’s choice’ door Geavanceerde materialen – en het vergemakkelijkte de ontwikkeling van adaptieve tijdsvertraging voor microrobots. De adaptieve tijdvertragingsstrategie biedt potentieel voor schaalbaarheid en integratie in grotere machines. Deze aanpak zou de operationele efficiëntie van autonome dronevloten aanzienlijk kunnen verbeteren. Op dezelfde manier zou het transportmiddelen van vrachtwagens en auto's in staat kunnen stellen om autonoom en tegelijkertijd lange snelwegritten af te leggen, met een verbeterd reactievermogen en een grotere robuustheid. Op dezelfde manier waarop scholen vissen kunnen communiceren en elkaar kunnen volgen, zullen deze machines dat ook doen. Als gevolg hiervan is er geen enkele vorm van centrale controle nodig, wat meer gegevens en energie kost om te werken. “Nanorobots zijn op individuele basis kwetsbaar voor complexe omgevingen; ze hebben moeite om effectief te navigeren in uitdagende omstandigheden zoals bloedbanen of vervuild water”, zegt Zhihan Chen, een Ph.D. student in het laboratorium van Zheng en co-auteur van het nieuwe artikel. “Deze collectieve beweging kan hen helpen beter door een gecompliceerde omgeving te navigeren, het doel efficiënt te bereiken en obstakels of bedreigingen te vermijden.” Nu we deze zwermmentaliteit in het laboratorium hebben bewezen, is de volgende stap het introduceren van meer obstakels. Deze experimenten werden uitgevoerd in een statische vloeibare oplossing. Vervolgens proberen ze het gedrag in stromende vloeistof te herhalen. En dan gaan ze het repliceren in een organisme. Eenmaal volledig ontwikkeld, zouden deze slimme zwermen kunnen dienen als geavanceerde medicijnafgiftekrachten, die in staat zijn om door het menselijk lichaam te navigeren en de verdedigingsmechanismen te ontwijken om medicijnen naar hun doel te brengen. Of ze zouden kunnen werken als robotstofzuigers van iRobot, maar dan voor vervuild water, waarbij ze gezamenlijk elk stukje van een gebied gezamenlijk schoonmaken. (Nanowerk berichtte over dit werk in onze Spotlight: “Baanbrekend optisch platform ontgrendelt geheimen van natuurlijke zwermintelligentie voor collectieve microrobotica van de volgende generatie (met video's)")
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64963.php
