Ingeniører bygger blæksprut-robot til undervands-eksploration

Ingeniører fra University of California-San Diego har skabt en blæksprut-lignende robot til undervands-eksploration. Robotten er ikke forbundet med noget og kan fremdrive sig selv ved hjælp af vandstråler. Den har også overvundet elektriske udfordringer, såsom at kunne bære sensorer, specifikt en kamera.

Michael T. Tolley er en af de seniorforfattere af forskningen og en professor i afdelingen for mekanisk og rumfartsingeniørvidenskab på UC San Diego.

“Virtuelt, har vi genskabt alle de vigtige funktioner, som blæksprutter bruger til højhastigheds-svømning,” sagde Tolley. “Dette er den første ikke-forbundne robot, der kan generere jet-pulser for hurtig lokomotion som blæksprutten, og kan opnå disse jet-pulser ved at ændre sin kropsskikkelse, hvilket forbedrer svømmeeffektiviteten.”

Forskningen blev offentliggjort i Bioinspiration og Biomimetics.

Blæksprut-Robotten

Blæksprut-inspirerede robot består af bløde materialer som akryl-polymer, samt nogle mere stive, 3D-printede og laser-skårne dele. Bløde robotter er sikrere for fisk og koral, når det kommer til undervands-eksploration, da stive robotter kunne skade dem. Der er dog en ulempe. Bløde robotter er ofte langsommere og mindre effektive til manøvrering.

Forskningsholdet bestod af robot-eksperter og computertil-simulerings-eksperter. Gruppen så på blæksprutter på grund af deres evne til at rejse i høje hastigheder. Cephalopoderne opnår denne hastighed gennem en jet-propulsions-mekanisme.

Ved at tage inspiration fra blæksprutter, designede holdet robotten, så den kan tage vand ind i sin krop og lagre elastisk energi i sin hud og fleksible ribben. Energin frigøres derefter af robotten ved at komprimere sin krop, hvilket resulterer i en vandstråle, der fremdriver robotten.

Når den ikke er i bevægelse, holder robotten formen af en papir-lanterne, og dens ribben er fleksible og fungerer som fjedre. Hver ende af robotten har en cirkulær plade, hvor ribbenene er forbundet, med den ene forbundet til en dysse, der tager vand ind og ud. For at vandet skal udskydes, skal robotens krop kontrahere. Den resterende plade bruges derefter til at holde sensorer, såsom en vandtæt kamera.

https://www.youtube.com/watch?v=v-UMDnSB8k0

Test af Robotten

Blæksprut-robotten blev testet i professor Geno Pawlaks laboratorium, der er beliggende i UC San Diego’s afdeling for mekanisk og rumfartsingeniørvidenskab. Efter disse tests blev den sendt til tankene på UC San Diego Birch Aquarium på Scripps Institution of Oceanography.

Robotten kunne styres ved at justere dyssen, og vandtætningen af elektriske komponenter, såsom batteriet og kameraet, viste sig at være succesfuld. Enheden rejste i en hastighed på omkring 18 til 32 centimeter per sekund, hvilket svarer til omkring en halv mile i timen. Hastigheden er imponerende, da den er hurtigere end de fleste bløde robotter.

Caleb Christianson, en senior medicinsk enhedsingeniør på Dexcom, ledte studiet blandt forskningsgruppen.

“Efter at vi havde optimeret designet af robotten, så den kunne svømme i en tank i laboratoriet, var det særligt spændende at se, at robotten kunne svømme succesfuldt i en stor akvarium blandt koral og fisk, og demonstrere sin anvendelighed for virkelige anvendelser,” sagde Christianson.

Efter at have testet forskellige modeller af dyssen, fandt holdet endelig en, der kunne øge robotens effektivitet, samt gøre den i stand til at manøvrere og rejse i hurtigere hastigheder. En af de vigtigste bidragende faktorer til denne opdagelse var simulationen af jet-propulsionen, der blev ledt af professor Qiang Zhu og hans hold i afdelingen for struktureringsingeniørvidenskab på UC San Diego.