Robòtica
Revolucionant l'exploració submarina: el Pleobot de la Brown University desbloqueja els secrets de l'oceà
Imagineu una xarxa sofisticada de robots autodirigits i interconnectats. Funcionen a l'uníson, com un ballet aquàtic complex, navegant per les profunditats negres de l'oceà, duent a terme enquestes científiques detallades i missions de recerca i rescat de gran risc. Aquesta visió futurista s'acosta a la realitat, gràcies als investigadors de la Universitat de Brown, que són pioners en el desenvolupament d'un nou tipus de robots de navegació submarina. Una d'aquestes plataformes robòtiques, anomenada Pleobot, és l'estrella del seu estudi recentment publicat a Informes científics.
El krill, aquests petits crustacis que serveixen com a part crucial dels ecosistemes marins, són nedadors extraordinaris amb capacitats excepcionals de maniobrabilitat, acceleració i gir. Les seves notables habilitats atlètiques han inspirat els investigadors de la Universitat de Brown a desenvolupar Pleobot, una plataforma robòtica formada per tres seccions articulades que imiten l'estil de natació metacronal característic del krill.
"Pleobot ens permet una resolució i un control inigualables per investigar tots els aspectes de la natació semblant al krill que l'ajuden a sobresortir a maniobrar sota l'aigua", diu Sara Oliveira Santos, Ph.D. candidat a la Brown's School of Engineering i autor principal de l'estudi.
L'equip d'investigació pretén utilitzar Pleobot com una eina integral per entendre la natació semblant al krill i aprofitar el potencial de 100 milions d'anys d'evolució per dissenyar millors robots per a la navegació oceànica.
Mecànica de Pleobot: emulant les meravelles de Krill Swimming
El projecte Pleobot és una col·laboració internacional entre la Brown University i la Universidad Nacional Autónoma de México. Junts, estan descodificant els misteris de com el krill, conegut com a nedadors metacronals, navega per ambients marins complexos i realitza migracions verticals colossals de més de 1,000 metres dues vegades al dia, equivalent a apilar tres edificis Empire State.
"Tenim instantànies dels mecanismes que utilitzen per nedar de manera eficient, però no disposem de dades exhaustives", explica Nils Tack, associat postdoctoral al laboratori Wilhelmus de la Universitat de Brown.
L'equip ha construït i programat Pleobot per emular amb precisió els moviments de les cames del krill i alterar la forma dels apèndixs, proporcionant una comprensió nova i més profunda de les interaccions entre l'estructura del fluid a nivell d'apèndix.
Ser pioners en el futur dels vehicles submarins autònoms
Segons els investigadors, la tècnica de natació metacronal permet que el krill maniobra molt bé, mostrant un desplegament seqüencial de les cames nedant en un moviment semblant a una ona. Aquesta característica és una cosa que creuen que es podria incorporar als futurs sistemes d'eixam desplegables. Monica Martinez Wilhelmus, professora adjunta d'enginyeria a la Universitat de Brown, afirma: "Ser capaç d'entendre les interaccions entre l'estructura fluida a nivell d'apèndix ens permetrà prendre decisions informades sobre dissenys futurs.
Aquests futurs eixams robòtics podrien mapejar els oceans de la Terra, participar en àmplies missions de recerca i recuperació o fins i tot explorar els oceans de llunes del nostre sistema solar, com Europa. Wilhelmus afegeix: "Les agregacions de krill són un excel·lent exemple d'eixams a la natura... Aquest estudi és el punt de partida del nostre objectiu de recerca a llarg termini de desenvolupar la propera generació de vehicles de detecció submarina autònoms".
La importància del disseny de Pleobot
La construcció de Pleobot implica un equip multidisciplinari especialitzat en mecànica de fluids, biologia i mecatrònica. Els seus components consisteixen principalment en peces imprimibles en 3D i el disseny és de codi obert. Els investigadors han replicat el moviment d'obertura i tancament de les aletes biramous del krill, que es creu que és el primer per a aquesta plataforma. El model es construeix a deu vegades l'escala del krill, que normalment tenen la mida d'un clip de paper, la qual cosa permet una observació i anàlisi més precisa.
"A l'estudi publicat, revelem la resposta a un dels molts mecanismes desconeguts de la natació de krill: com generen sustentació per no enfonsar-se mentre neden cap endavant", diu Oliveira Santos. "Vam poder descobrir aquest mecanisme utilitzant el robot", afegeix Yunxing Su, un associat postdoctoral al laboratori. Van descobrir que una regió de baixa pressió a la part posterior de les cames de natació contribueix a la millora de la força d'elevació durant la potència de les cames en moviment, una troballa crucial per entendre i replicar la natació eficient del krill.
El treball pioner de l'equip de la Universitat de Brown amb Pleobot suposa un important salt endavant en la recerca de desenvolupar la propera generació de vehicles de detecció submarina autònoms. Les possibilitats semblen tan vastes com els oceans que pretenen explorar aquests robots.
