A természet sok technológia inspirációja. A csótányok karmait és a gyíkok mikroszkopikus csillóit utánzó robotok fel tudnak mászni az épületek falára. Vessünk egy pillantást a biomimetikus robotok világába!
Az „Extreme Part-Time Jobs” című népszerű műsor egyik epizódjában egy színész részmunkaidős állást kap egy magas épület ablakmosásában. A színésznek a magasságtól való félelme és a biztonsága miatti aggodalom látszik az arcán, ahogy egy gondola biztonságából próbálja kimosni az ablakokat, és ez idegesíti a nézőket. Nem lenne nagyszerű, ha egy robot át tudna venni egy ilyen nehéz feladatot, ahol egy hiba súlyos balesethez vezethet?
Ha egy felhőkarcoló ablakait egy embernek megtisztító robotra gondolunk, könnyen elképzelhető, hogy egy emberalakú robot fog egy tisztítóeszközt, és szorgalmasan súrolja az ablakokat. A konszenzus azonban az, hogy egy olyan robot, amelynek tisztítómodulja olyan testre van szerelve, amely képes fel-le mászni az épületfalakon, hatékonyabb lenne, mint egy ember alakú robot. Az épületfalakon fel-le mászás képességének megvalósítása érdekében az állatok és növények alapvető szerkezetét, elveit és mechanizmusait utánzó robotokat biomimetikus robotoknak nevezzük.
Az egyik ilyen robot, amely figyelemre méltó eredményeket ért el a falak fel- és lemászásában, a Spinybot. A Spinybot azt az elvet használja, hogy a csótányok hogyan másznak fel és le a falakon. A csótányok a lábukon lévő finom szőrszálakat horogként használják a falak fel- és lemászásához. A falak kis, göröngyös ívekből állnak a felületen, és ezek a hajlatok számos irányból érinthetik a csótány szőrét. Ha ezen szőrszálak egyike olyan irányban megérinti a hajlatot, amely támogatja a csótány súlyát, akkor a szőr kis erővel bírja a csótány súlyát. Míg egyetlen szőr ereje kicsi, több szőr együttes ereje elegendő erőt tud generálni a csótány súlyának megtartásához. A Spinybot lábainak kicsi, de számos karma is van, amelyek ugyanazt az elvet használják a robot súlyának megtartására, miközben fel-le mászik a falakon. Ez a módszer azonban a karmok és a fal közötti érintkezés valószínűségén alapul, ami lehetetlenné teszi a sima falakhoz, például az üveghez való rögzítést.
Az egyik robot, amely túllépte ezt a korlátot, a Stickybot, amelyet a gekkó lábának talpszerkezete után modelleztek. A gekkók ragasztóanyag nélkül képesek mennyezeten és falakon járni, a titok pedig a talpukon lévő milliónyi mikroszkopikus szőrszálban rejlik. Lehet, hogy azon töprenghet, hogyan tapadhat a falhoz valami, aminek a lábai alján ennyi apró szőrzet van, de a van der Waals erő lehetővé teszi.
A Van der Waals erők kis elektromos erők, amelyek a molekulák között hatnak, és a nem poláris molekulán belüli elektronok pillanatnyi elhajlásából erednek. Ha egy nem poláris molekulán belül pillanatnyi elektroneltérülés van, akkor az elektronok orientált oldalának (-) pólusa, az elektronok viszonylag szabad oldalának (+) pólusa van. Az a molekula, amely ezt az elektron torzítást tapasztalja, hatással lesz szomszédaira is. A (-) pólus a szomszédos molekula belsejében lévő elektronokat az ellenkező oldalra tolja, így az az oldal, ahol az elektronok kiszabadultak, (+) pólussá válik, az ellenkező oldal pedig, ahol az elektronok viszonylag csoportosultak, (-) pólussá. Ez a (-) pólus ezután hatással van a szomszédos molekulákra, és a láncreakció hatására minden molekula azonnal polarizálódik. Ez a pillanatnyi polarizáció elektrosztatikus vonzást hoz létre a molekulák között, amit van der Waals-erőnek neveznek. Az egyetlen csilló által keltett van der Waals-erő nagyon kicsi, de amikor milliónyi mikroszkopikus csilló csomósodik össze, az erő elegendő a gyík súlyának fenntartásához. Ha egy emberi kéz tenyerében ugyanaz a jelenség fordulna elő, mint a gekkó lábfejében, akkor az erő nem elhanyagolható lenne, az emberi tenyér körülbelül 40 kilogrammos súlyt tudna elbírni. A Stickybot mikroszkopikus hajszerkezetű uretán párnákat is használ, hogy a robotot van der Waals erők segítségével a falhoz rögzítse. Mivel a fizikai érintkezés helyett elektromos erőket használ, sima falakon, például üvegen mozoghat.
A van der Waals-erők mellett a gekkó csillóinak van még egy sajátosságuk: irányítottak. Ezeknek a csillóknak megvan az a tulajdonságuk, hogy egy irányban alkalmazva nagy tapadást érnek el, ellenkezõ irányban azonban könnyen leesnek. A Stickybot mikroszkopikus szőrszálai is irányítottak, ami azt jelenti, hogy nagy tapadóerővel bírnak lefelé, ahol a robot súlya hat, de nem kell különösebben lehúzni őket az ellenkező irányba.
Mind a csótányok tulajdonságait használó Spinybot, mind a gekkó tulajdonságait használó Stickybot jó példa az épületfalakra felmászható biomimetikus robotokra, de mindkét módszer még mindig időigényes. A probléma megoldása érdekében a kutatók különböző megközelítéseket vizsgálnak gyorsabb és hatékonyabb falmászási technikák kifejlesztésére.
Több millió állat- és növényfaj él a Földön, és mindegyiknek megvan a maga módja annak, hogy alkalmazkodjanak a környezetükhöz és túléljenek. Például egy robot felülete javítható a víz alatt jól úszó hal pikkelyszerkezetének utánzásával, vagy egy új típusú rögzítési rendszert lehet kidolgozni egy fára mászó majom kéz- és lábszerkezetére hivatkozva. Az ilyen kutatások lehetővé teszik a biomimetikus robotok számára, hogy változatosabb és innovatívabb képességekkel rendelkezzenek. Lehetnek olyan állatok és növények, amelyeket még nem vizsgáltak, és amelyeknek van megoldása az épületfalak gyors megmászására. Minél változatosabb a növény- és állatvilág, annál több lehetőség rejlik a biomimetikus robotok számára. A további kutatásokkal és technológiai fejlesztésekkel a biomimetikus robotok világa csak még csodálatosabb lesz.
