Нове покоління підводних роботів: швидкість і маневреність без компромісів.
Дослідники з Інституту автоматики в Шеньяні, Китайської академії наук, представили м’яку рибу-робота, яка досягає рекордної швидкості плавання 2,13 довжини тіла на секунду - що відповідає приблизно 26 см/с. Це не тільки новий рекорд для роботів типу body-caudal-fin (BCF), але й доказ того, що м’яка конструкція не обов’язково обмежує продуктивність. На відміну від традиційних рішень, які зазвичай передбачали компроміс між швидкістю та маневреністю, нова конструкція дозволяє одночасно досягти обох характеристик.
Рішення базується на гібридному приводі - так званій системі, що складається з жорстких і гнучких елементів. Локальні жорсткі обмеження запобігають небажаним деформаціям під час роботи, що дозволяє ефективно передавати силу. Альтернативні рухи двох рушійних блоків імітують дію антагоністичних м’язів у риб, генеруючи високочастотні коливання хвоста та ефективний рух.
Біоміметичний плавальний міхур як ключ до тривимірної мобільності.
Збільшене зображенняЗакрити збільшенняПопереднє зображенняКлючем до складних тривимірних маневрів є нова технологія регулювання плавучості. Дослідники розробили біоміметичний плавальний міхур, що працює за принципом фазового переходу рідина-газ. Завдяки цьому робот може активно контролювати своє занурення та положення в просторі, змінюючи локальну щільність у різних частинах тіла.
Результати експериментів показують, що риба-робот може регулювати своє положення в діапазоні від -20° до 58°. Це дозволяє виконувати маневри, такі як плавання у формі S, підйом, занурення та спіральний підйом - і все це без необхідності додаткових рушіїв. Таке рішення усуває потребу в складних системах керування, які є типовими для традиційних підводних роботів..
Застосування в моніторингу та дослідженні під водою.
Нове покоління м’яких підводних роботів має потенціал для значного впливу на моніторинг морського середовища та пошук ресурсів. Завдяки своїй гнучкості, риба-робот може пересуватися у важкодоступних місцях - наприклад, між скелями, у тріщинах або в зонах зі змінною глибиною - без ризику пошкодження.
Здатність швидко переміщатися та точно контролювати положення дозволяє використовувати її для швидких переходів між точками спостереження або для детального аналізу місцевих умов. У майбутньому такі пристрої можуть підтримувати екологічні дослідження, моніторинг забруднень або навіть допомагати в геологічних роботах на дні моря.
Обсяг і обмеження експерименту
Дослідження проводилися в лабораторних умовах, а результати були опубліковані в журналі IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. Хоча пристрій досягає рекордної швидкості та мобільності, його робота ще не була перевірена в реальних морських умовах.
Немає інформації про довговічність електрогідравлічного приводу під час тривалого використання або про продуктивність в умовах змінних температур і тисків. Крім того, немає даних щодо споживання енергії під час безперервної роботи - що є ключовим для застосування в польових умовах.
Перспективи розвитку підводної робототехніки
Нова конструкція показує, що інтеграція біологічних механізмів з електромеханічними технологіями може призвести до значного прогресу в проектуванні роботів. Приклад риби-робота ілюструє, як біосинтетичний підхід - поєднання біологічних структур з електричними системами - може трансформувати цю галузь.
У майбутньому можливо розвинути цю технологію до більших автономних пристроїв або навіть до груп роботів, що співпрацюють у режимі реального часу. Однак, щоб цього досягти, необхідно буде продовжити дослідження довговічності, енергоефективності та можливостей співпраці в складних середовищах.
Перспективи розвитку підводної робототехніки
Нова конструкція риби-робота є важливим кроком на шляху до створення інтегрованих біоелектромеханічних систем, які поєднують біологічну гнучкість з технічною точністю. Завдяки здатності активно регулювати плавучість за допомогою біоміметичного плавального міхура, пристрій може змінювати положення без необхідності додаткових приводів, що зменшує складність управління та споживання енергії. Це рішення має вирішальне значення для застосування у важкодоступних підводних середовищах, де мінімізація механічної взаємодії з навколишнім середовищем є критичною. У майбутньому цей підхід можна буде розширити на групи роботів, що співпрацюють, які підтримуватимуть один одного в режимі реального часу під час моніторингу морських екосистем або виконання геологічних завдань.
до моменту, коли будуть задокументовані параметри споживання енергії та стійкість до змін тиску і температури. Без цих даних неможливо буде оцінити реальну придатність пристрою в реальних морських умовах. Варто підкреслити, що хоча експерименти були проведені в лабораторії, їхні результати показують, що інтеграція біологічних механізмів - таких як регулювання плавучості та дія антагоністичних м’язів - з електромеханічними техніками може призвести до значного прогресу в проектуванні підводних роботів. Такий підхід, який іноді називають біо-синхретичним, відкриває нові можливості для розвитку автономних систем дослідження, які не тільки швидко та точно рухаються, але й адаптуються до складних умов навколишнього середовища.