السمكة الروبوتية اللينة تسبح بسرعة وتنفذ مناورات ثلاثية الأبعاد معقدة.

الجيل الجديد من الروبوتات المائية: السرعة وقابلية المناورة دون أي تنازلات.

قدم باحثون من معهد الأتمتة في شنيانغ التابع لأكاديمية العلوم الصينية سمكة روبوتية لينة تحقق سرعة سباحة قياسية تبلغ 2.13 طول الجسم في الثانية - وهو ما يعادل حوالي 26 سم / ثانية. هذا ليس مجرد رقم قياسي جديد للروبوتات من نوع body-caudal-fin (BCF)، ولكنه أيضًا دليل على أن التصميم اللين لا يجب أن يحد من الأداء. على عكس الحلول التقليدية، التي عادة ما تفرض مفاضلة بين السرعة وقابلية المناورة، يسمح التصميم الجديد بتحقيق كلتا الميزتين في وقت واحد.

يعتمد الحل على نظام دفع هجين - يُعرف باسم نظام يتكون من عناصر صلبة ومرنة. تمنع القيود الصلبة المحلية التشوه غير المرغوب فيه أثناء التشغيل، مما يسمح بنقل فعال للقوة. تحاكي الحركات المتبادلة لوحدتي الدفع عمل العضلات المتضادة في الأسماك، وتولد اهتزازات عالية التردد للذيل ودفعًا فعالاً.

الحويصلة الهوائية الحيوية كمفتاح للتنقل ثلاثي الأبعاد.

يكمن مفتاح المناورات ثلاثية الأبعاد المعقدة في تقنية تنظيم الطفو الجديدة. طور الباحثون حويصلة هوائية حيوية تعمل على مبدأ انتقال الطور السائل-الغاز. يسمح هذا للروبوت بالتحكم بنشاط في غمره ووضعه في الفضاء، عن طريق تغيير الكثافة المحلية في أجزاء مختلفة من الجسم.

تُظهر نتائج التجارب أن السمكة الروبوتية يمكنها تنظيم وضعها في نطاق من -20 درجة إلى 58 درجة. وهذا يسمح بتنفيذ مناورات مثل السباحة على شكل حرف S، والصعود، والغطس، والصعود الحلزوني - كل ذلك دون الحاجة إلى محركات إضافية. يلغي هذا الحل الحاجة إلى أنظمة تحكم معقدة، وهي نموذجية للروبوتات التقليدية. الروبوتات المائية..

التطبيق في المراقبة والاستكشاف تحت الماء.

الجيل الجديد من الروبوتات البحرية اللينة لديه القدرة على إحداث تأثير كبير في مراقبة البيئة البحرية واستكشاف الموارد. بفضل مرونتها، يمكن للروبوت السمكي أن يتحرك في الأماكن التي يصعب الوصول إليها - مثل بين الصخور أو في الشقوق أو في المناطق ذات الأعماق المتغيرة - دون خطر التلف.

إن القدرة على التحرك بسرعة والتحكم الدقيق في الوضع تجعلها مناسبة للانتقال السريع بين نقاط المراقبة أو لإجراء تحليل دقيق للظروف المحلية. في المستقبل، يمكن لهذه الأجهزة أن تدعم الدراسات البيئية أو مراقبة التلوث أو حتى دعم الأعمال الجيولوجية في قاع البحر.

نطاق وقيود التجربة

أجريت الأبحاث في ظروف معملية، ونُشرت النتائج في مجلة IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. على الرغم من أن الجهاز يحقق سرعة وتنقلًا قياسيين، إلا أنه لم يتم التحقق من صحة أدائه بعد في الظروف البحرية الفعلية.

لا توجد معلومات حول متانة نظام الدفع الكهروهيدروليكي في الاستخدام طويل الأجل أو حول الأداء في ظل ظروف درجات الحرارة والضغط المتغيرة. بالإضافة إلى ذلك، لا توجد بيانات حول استهلاك الطاقة أثناء التشغيل المستمر - وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات الميدانية.

آفاق تطوير الروبوتات البحرية

يُظهر التصميم الجديد أنه يمكن أن يؤدي دمج الآليات البيولوجية مع التقنيات الكهروميكانيكية إلى تقدم كبير في تصميم الروبوتات. يوضح مثال الروبوت السمكي كيف يمكن للنهج التوليفي الحيوي - الذي يجمع بين الهياكل البيولوجية والأنظمة الكهربائية - أن يحول هذا المجال.

في المستقبل، من الممكن تطوير هذه التقنية إلى أجهزة أكبر ذاتية التشغيل أو حتى إلى مجموعات من الروبوتات التي تعمل معًا في الوقت الفعلي. ومع ذلك، لتحقيق ذلك، سيكون من الضروري إجراء المزيد من البحوث حول المتانة وكفاءة استخدام الطاقة وإمكانية التعاون في البيئات المعقدة.

آفاق تطوير الروبوتات البحرية

يمثل التصميم الجديد للروبوت السمكي خطوة مهمة نحو تحقيق أنظمة حيوكهربائية متكاملة تجمع بين المرونة البيولوجية والدقة التقنية. بفضل القدرة على تنظيم الطفو النشط من خلال المثانة العائمة الحيوية، يمكن للجهاز تغيير وضعه دون الحاجة إلى محركات إضافية، مما يقلل من تعقيد التحكم واستهلاك الطاقة. هذا الحل له أهمية كبيرة للتطبيقات في البيئات البحرية التي يصعب الوصول إليها، حيث يكون تقليل التفاعلات الميكانيكية مع البيئة أمرًا بالغ الأهمية. في المستقبل، يمكن توسيع هذا النهج ليشمل مجموعات من الروبوتات المتعاونة التي تدعم بعضها البعض في الوقت الفعلي أثناء مراقبة النظم الإيكولوجية البحرية أو أداء المهام الجيولوجية.

حتى يتم توثيق معايير استهلاك الطاقة ومقاومة التغيرات في الضغط ودرجة الحرارة. بدون هذه البيانات، لن يكون من الممكن تقييم الفائدة العملية للجهاز في الظروف البحرية الفعلية. ومن الجدير بالذكر أنه على الرغم من إجراء التجارب في المختبر، إلا أن نتائجها تظهر أن دمج الآليات البيولوجية - مثل تنظيم الطفو وعمل العضلات المتضادة - مع التقنيات الكهروميكانيكية يمكن أن يؤدي إلى تقدم كبير في تصميم الروبوتات تحت الماء. يفتح هذا النهج، الذي يسمى أحيانًا