Projekto pavyzdžiai, naudojant AR įrankius biomimikrijos mokymui

Automatinis sistemos veikimo valdymas yra ribotas, jei naudojama paprasta programinė įranga su tik iš anksto nustatytais pasirinkimais. Vis dažniau sistemos tampa „protingos“ naudojant dirbtinį intelektą, kai valdymo algoritmai imituoja gamtą. Šių sistemų „protingumas“ pasiekiamas naudojant dirbtinio intelekto algoritmus, kurie suteikia esminius valdymo gebėjimus, tokius kaip žinių kaupimas, reprezentacija ir perskirstymas esant neapibrėžtumui, planavimas, vizija, veido ir bruožų sekimas, kalbos apdorojimas, žemėlapių sudarymas ir navigacija, natūralios kalbos apdorojimas ir mašininis mokymasis. Apskritai, dirbtinis intelektas yra kompiuterių mokslo šaka, kuri tiria skaičiavimo reikalavimus tokioms užduotims kaip suvokimas, perskirstymas ir mokymasis, kad būtų galima kurti sistemas, atliekančias šiuos gebėjimus. Tobulėjantis žmogaus pažinimo supratimas vis labiau leidžia mokslininkams suprasti bendrus intelekto reikalavimus ir kurti išmanius prietaisus, autonominius agentus bei sistemas, kurios bendradarbiauja su žmonėmis ir stiprina jų gebėjimus.

Daugybė mechanizmų pavyzdžių buvo įkvėpti stebint biologiją; keletas pavyzdžių pateikiama čia.

●        Vikšro linijiniai varikliai

Biologinis vikšras yra tam tikros kandžių grupės (Geometridae) lerva, kuri turi šešias priekines ir keturias galines kojas. Imituojant šios lervos ar vikšro judėjimo mechanizmą, buvo sukurti varikliai ir linijiniai pavaros, žinomi kaip „vikšrai“. Šie komerciškai prieinami varikliai yra varomi pjezoelektriniais pavarais (gamintojai, tokie kaip Burleigh Instruments). Jie gali judėti maždaug 2 mm/s greičiu su nanometrų rezoliucija ir užtikrinti šimtų milimetrų judėjimo atstumą. Šių variklių generuojamos jėgos gali viršyti 30 N, be jokio laisvumo ir su dideliu stabilumu. Jų nemagnetinė sudėtis suteikia pranašumų taikant juos testavimo instrumentuose, tokiuose kaip magnetinio rezonanso tomografai (MRT). Lyginant su biologiniais raumenimis, pjezoelektriniai vikšrai neturi energijos nuostolių laikant poziciją.

Vikšro mechanizmai turi daug konfigūracijų, kur vienijantis pavaros principas naudoja du stabdžius ir išplėstuvą. Šie varikliai atlieka ciklinius žingsnius: galinis stabdis prispaudžia veleną, o išplėstuvas stumia priekinį stabdį į priekį. Tuomet priekinis stabdis prispaudžia veleną, atleidžia galinį stabdį ir išplėstuvas grįžta atgal, judėdamas vienu žingsniu į priekį – šis žingsnis gali būti vos 1 nm.

^{6 pav. (a) Tikras vikšras, (b) šoninis vikšro eskizas ir (c) pagrindinių raumenų struktūrų eskizas. Šaltinis: Wang ir kt. ©2014 IOP Publishing}

Iš tiesų, kaip studentų projektas, jie tyrinėja, kaip vikšro judėjimas įkvėpė pjezoelektrinius variklius, suprasdami judėjimo principus, efektyvumą ir praktinį pritaikymą tokiuose prietaisuose kaip MRT sistemos.

Patobulintas dėmesys su AR

Naudodami AR, studentai gali:

1. Vizualizuoti vikšro judėjimo biomechaniką 3D formatu.
2. Simuliuoti, kaip pjezoelektriniai pavarai atkartoja šį judėjimą linijiniuose varikliuose.
3. Virtualiai prototipuoti biologijos įkvėptus variklio dizainus, testuoti jų funkcionalumą ir efektyvumą.
   

• Siurbimo mechanizmai

Gamtoje esantys siurbimo mechanizmai yra puikus modelis skysčių ir dujų siurbimo prietaisams. Gamta naudoja įvairius siurbimo mechanizmus, kurie taip pat naudojami mechaniniuose siurbliuose. Plaučiai siurbia orą į vidų ir išorę (potvynio siurbimas) naudojant diafragmą, kuri leidžia mums kvėpuoti, padedant tarpšonkauliniams raumenims. Peristaltinis siurbimas yra viena dažniausių siurbimo formų biologinėse sistemose, kai skysčiai spaudžiami reikiama kryptimi. Toks siurbimas būdingas virškinimo sistemai. Siurbimas per vožtuvus ir kameras, kurios keičia tūrį, randamas žmonių ir gyvūnų širdyse, kai kameros plečiasi ir susitraukia. Vienkrypčių vožtuvų naudojimas yra pagrindinis kraujo tėkmės venose elementas, kur slėgis yra žemesnis.

^{7 pav. Potvynio siurblys,}