Revoluce v podmořském průzkumu: Pleobot z Brownovy univerzity odemyká oceánská tajemství

Představte si sofistikovanou síť propojených, samořízených robotů. Tyto roboty fungují v souladu, jako složitý akvatický balet, procházející temné hlubiny oceánu, provádějící detailní vědecké průzkumy a vysoce rizikové záchranné mise. Tato futuristická vize se blíží realitě, díky výzkumníkům z Brownovy univerzity, kteří jsou průkopníky ve vývoji nové generace podmořských navigačních robotů. Jednou z takových robotických platforem je Pleobot, který je hvězdou jejich nedávno zveřejněné studie v Scientific Reports.

Kril, ty malé korýše, které hrají zásadní roli v mořských ekosystémech, jsou výjimeční plavci s výjimečnými schopnostmi v manévrovatelnosti, zrychlení a otočení. Jejich pozoruhodné atletické schopnosti inspirovaly výzkumníky z Brownovy univerzity k vývoji Pleobotu – robotické platformy složené ze tří kloubových sekcí, které napodobují metachronální plavání charakteristické pro kril.

“Pleobot nám umožňuje nezkušenou rozlišitelnost a kontrolu, abychom prozkoumali všechny aspekty krilového plavání, které mu pomáhají vyniknout v manévrování pod vodou,” říká Sara Oliveira Santos, doktorandka na Škole inženýrství Brownovy univerzity a hlavní autorka studie.

Výzkumný tým se snaží využít Pleobot jako komplexní nástroj pro pochopení krilového plavání a využít potenciál 100 milionů let evoluce k vývoji lepších robotů pro oceánskou navigaci.

Mechanika Pleobotu: Napodobování divů krilového plavání

Projekt Pleobot je mezinárodní spolupráce mezi Brownovou univerzitou a Universidad Nacional Autónoma de México. Společně rozklíčují tajemství, jak kril, známí jako metachronální plavci, navigují komplexní mořské prostředí a provádějí kolosální vertikální migrace přes 1 000 metrů dvakrát denně – což je ekvivalent ke zkompletování tří mrakodrapů Empire State Building.

“Máme snímky mechanismů, které používají k efektivnímu plavání, ale nemáme komplexní data,” vysvětluje Nils Tack, postdoktorand v laboratoři Wilhelmus na Brownově univerzitě.

Tým postavil a naprogramoval Pleobot, aby přesně napodoboval pohyby krilových nohou a měnil tvar končetin, poskytující nový, hlubší pohled na interakce mezi tekutinou a strukturou na úrovni končetin.

Pionýři budoucnosti autonomních podmořských vozidel

Podle výzkumníků umožňuje metachronální plavání krilům výjimečnou manévrovatelnost, která se projevuje sekvenčním nasazením jejich plavacích nohou v vlnovitém pohybu. Tato charakteristika je něco, co by se podle nich mohlo začlenit do budoucích nasaditelných swarm systémů. Monica Martinez Wilhelmus, asistentka profesorky inženýrství na Brownově univerzitě, tvrdí: “Být schopni pochopit interakce mezi tekutinou a strukturou na úrovni končetin nám umožní učinit informovaná rozhodnutí o budoucích návrzích.”

Tato budoucí robotická hejna by mohla mapovat oceány Země, účastnit se rozsáhlých záchranných misí nebo dokonce prozkoumávat oceány měsíců ve nosso sluneční soustavě, jako je Europa. Wilhelmus dodává: “Krilové agregace jsou vynikajícím příkladem hejn v přírodě… Tato studie je výchozím bodem našeho dlouhodobého výzkumného cíle – vývoje nové generace autonomních podmořských senzorických vozidel.”

Význam designu Pleobotu

Konstrukce Pleobotu zahrnuje multidisciplinární tým specializující se na tekutinovou mechaniku, biologii a mechatroniku. Jeho komponenty se skládají主要ně z 3D tisknutých dílů a design je otevřený. Výzkumníci napodobovali otevírací a zavírací pohyb krilových biramálních ploutví, což se považuje za první takový případ u této platformy. Model je postaven v desetinásobném měřítku kril, které jsou obvykle velké jako sponka, což umožňuje přesnější pozorování a analýzu.

“Ve zveřejněné studii odhalujeme odpověď na jednu z mnoha neznámých mechanismů krilového plavání: jak generují vztlak, aby se nezpotily, zatímco plavou dopředu,” říká Oliveira Santos. “Byli jsme schopni odhalit ten mechanismus pomocí robota,” dodává Yunxing Su, postdoktorand v laboratoři. Zjistili, že nízkotlaká oblast na zadní straně plavacích nohou přispívá ke zvýšení vztlakové síly během pohybu nohou, což je zásadní objev pro pochopení a napodobení efektivní plavání kril.

Práce týmu Brownovy univerzity s Pleobotem představuje významný skok vpřed ve vývoji nové generace autonomních podmořských senzorických vozidel. Možnosti se zdají být stejně rozsáhlé jako oceány, které tyto roboty mají prozkoumat.