В стремлении сделать роботов более эффективным и универсальным напарников для солдат в бою, армия исследователей находятся на миссии, чтобы понимать значение молекулярной функциональность мышц, и фундаментальной механики, которые должны быть реплицированы для того, чтобы искусственно достичь возможностей, вытекающих из белков, отвечающих за сокращения мышц.
Bionanomotors, как миозины, что передвигаться вдоль актиновых сетей, несут ответственность за большинство методов движения во всех формах жизни. Таким образом, развитие искусственные наномоторы могут быть меняют правила игры в сфере робототехники.
Исследователи из армии США боевые возможности командной разработки армейской научно-исследовательской лаборатории были определить дизайн, который позволит искусственное nanomotor воспользоваться броуновского движения, свойства частиц возбужденно двигаться просто потому, что они теплые.
В CCDC АРЛ исследователи считают, понимания и развития этих фундаментальных механики являются необходимым основополагающим шагом на пути принятия обоснованных решений о целесообразности новых направлений в робототехнике с участием смешивания синтетической биологии, робототехники, и динамика и регулирование технических.
Журнал биомеханики для своих исследований.
«Контролируя жесткость разные геометрические особенности простой рычаг-руку дизайн, мы обнаружили, что мы могли бы использовать броуновское движение для того чтобы сделать nanomotor более способной достичь желаемого положения для создания линейного движения,» сказал Дин Калвер, исследователь в CCDC АРЛ машины технологии управления. «Этот нано-масштаба приводит к более энергетически эффективного срабатывания на макроуровне, смысл роботы, которые могут сделать больше для бойцов на более длительный промежуток времени.»
По данным Калвер, описания взаимодействий протеина мышечные сокращения, обычно довольно высокого уровня. Более конкретно, вместо того, чтобы описывать те силы, которые действуют на каждого белка добиваться своего коллегу, установленном или эмпирические функции курса, которая диктует условия, при которых происходит связывание или событие выпуском были использованы научным сообществом, чтобы повторить этот биомеханический процесс.
«Эти широко признанные модели мышечного сокращения наподобие «черного ящика» понимание двигателя автомобиля,» сказал Калвер. «Больше газа, больше энергии. Он весит столько и занимает много места. Участвует сгорания. Но, вы не можете сконструировать автомобильный двигатель с такой поверхности-уровень информации. Вы должны понимать, как поршни работают, и как мелко инъекций необходимо настраиваться. Это компонент-уровень понимание двигателя. Мы погружаемся в компонент-уровень механика встроенным системам белков и показывают структуру и значение управления функциональность, а также более четкое понимание конструктивных параметров, которые могли бы стать ключом к синтетически воспроизводить такие функции живых».
Калвер заявил, что способность к броуновскому движению на удар привязанный частиц от невыгодного эластичный положение выгодное, с точки зрения производства энергии на молекулярный мотор, была проиллюстрирована АРЛ на компонентом уровне, решающим шагом в оформлении искусственные наномоторы, которые предлагают те же функциональные возможности, как и биологические.
«Это исследование добавляет ключевую кусок головоломки для быстрых, универсальных роботов, которые могут выполнять автономный тактический маневр и разведывательные функции», — сказал Калвер. «Эти модели будут неотъемлемой частью дизайна распределенных приводы, которые молчат, низкая термальная подпись и эффективнее-особенности, которые делают эти роботы больше пользы в поле».
Калвер заметил, что они молчат потому, что мышцы не производят много шума, когда они срабатывают, особенно по сравнению с двигателями или сервоприводами, холодно, потому что количество тепла в мышцы гораздо меньше, чем сопоставимые двигателя, и эффективной из-за преимуществ распределенной химической энергии модель и потенциальный побег через броуновское движение.
По данным Калвер, широту применения для приводов вдохновленный биомолекулярных машин в животноводстве мышцы до сих пор неизвестна, но многие из существующих мест приложения очистить армию приложений, таких как био-робототехникой, наномашины и энергии.
«Поэтому фундаментальных и поисковых исследований в этой области является мудрым инвестиций для наших будущих бойцов возможности», — сказал Калвер.
Двигаясь вперед, существует два основных расширения этого исследования.
«Во-первых, мы должны лучше понять, как молекулы, как привязанный частиц рассмотрены в нашей работе, взаимодействуют друг с другом в более сложных средах,» сказал Калвер. «В статье, мы видим, как привязанный частица может с пользой проводов броуновское движение в пользу сокращения мышцы в целом, а частица в этой первой модели в идеализированной среде. В наших телах, она погружена в жидкость, несущий множество различных ионов и энергии-несущих молекул в растворе. Это последний кусок головоломки для одного двигателя, нано-масштабные модели молекулярных моторов».
Второе расширение, заявил Калвер, чтобы повторить это исследование с полным 3-D модели, прокладывает путь к расширению практических конструкций.
Также примечательным является тот факт, что из-за этого исследования настолько молод, исследователей АРЛ использовать этот проект, чтобы наладить отношения с другими исследователями в научном сообществе.
«Опираясь на их опыт будет иметь решающее значение в ближайшие годы, и мы проделали большую работу, общаться со своими преподавателями и исследователями из Вашингтонского университета, Университета Дьюка и Университета Карнеги-Меллона,» сказал Калвер.
По данным Калвер, взяв этот исследовательский проект, в следующие шаги, с помощью партнеров для сотрудничества приведет к огромным возможностям для будущих солдат в бою, одним из важнейших требований, учитывая характер постоянно меняющемся поле боя.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!