Insinöörit rakentavat mustekalan kaltaisen robotin vedenalaiseen tutkimukseen

Kalifornian yliopiston San Diegon kampuksen insinöörit ovat luoneet mustekalan kaltaisen robotin vedenalaiseen tutkimukseen. Robotti on kiinnittämätön ja pystyy liikkumaan itseään vedellä. Se on myös voittanut sähköiset haasteet, kuten kyvyn kantaa antureita, erityisesti kameraa.

Michael T. Tolley on yksi tutkimuksen vanhemmista tekijöistä ja professori Kalifornian yliopiston San Diegon kampuksen mekaniikan ja ilmailutekniikan laitoksessa.

“Periaatteessa, me uudelleenluimme kaikki avainominaisuudet, joita mustekalat käyttävät nopeaan uimiseen”, Tolley sanoi. “Tämä on ensimmäinen kiinnittämätön robotti, joka voi tuottaa jet-pulsseja nopeaan liikkeeseen mustekalan tavoin ja saavuttaa nämä jet-pulsseja muuttamalla kehonsa muotoa, mikä parantaa uimisen tehokkuutta.”

Tutkimus julkaistiin Bioinspiration and Biomimetics -lehdessä.

Mustekalrobotti

Mustekalalta vaikutteita saanut robotti koostuu pehmeistä materiaaleista, kuten akryyli-polymerista, sekä joustavista, 3D-tulostetuista ja laserleikatuista osista. Pehmeät robotit ovat turvallisempia kaloille ja koralleille vedenalaisessa tutkimuksessa, koska jäykät robotit voivat vahingoittaa niitä. On kuitenkin huomattava, että pehmeät robotit ovat usein hitaampia ja vähemmän tehokkaita liikkumisessa.

Tutkimusryhmä koostui robotti-insinööreistä ja tietokonesimulaatioiden asiantuntijoista. Ryhmä kääntyi mustekalojen puoleen niiden kyvyn vuoksi liikkua nopeasti. Mustekalat saavuttavat tämän nopeuden jet-propulsio-mekanismin avulla.

Mustekaloista saadun vaikutteiden ansiosta ryhmä suunnitteli robotin siten, että se voi ottaa vettä kehoonsa ja varastoida elastista energiaa ihossaan ja joustavissa kyljissään. Energia vapautuu, kun robotti puristaa kehonsa, jolloin seurauksena on vesisuihku, joka propellaa robottia.

Kun se ei liiku, robotti pitää paperilampun muotoa, ja sen kyljet ovat joustavia ja toimivat kuin jouset. Kummassakin robottia päässä on ympyrämäinen laatta, jossa kyljet kiinnittyvät, ja toisessa laatta on yhdistetty suuttimeen, joka ottaa ja poistaa vettä. Jotta vesi voisi poistua, robotin kehon on pakko supistua. Toisessa laatasta käytetään antureiden, kuten vedenkestävän kameran, kiinnittämiseen.

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

Robotin testaus

Mustekalrobotti testattiin professori Geno Pawlakin laboratoriossa, joka sijaitsee Kalifornian yliopiston San Diegon kampuksen mekaniikan ja ilmailutekniikan laitoksessa. Testien jälkeen se lähetettiin UC San Diegon Birch Aquariumiin Scripps Institution of Oceanographyyn.

Robotti ohjattiin säätämällä suuttimen asentoa, ja sähköisten komponenttien, kuten akun ja kameran, vedenkestävyys osoittautui onnistuneeksi. Laite liikkui noin 18-32 senttimetrin sekuntivauhtia, mikä on noin puoli mailia tunnissa. Nopeus on vaikuttava, ollen nopeampi kuin useimmat pehmeät robotit.

Caleb Christianson, vanhempi lääkinnällisten laitteiden insinööri Dexcomissa, johti tutkimusta tutkimusryhmässä.

“Kun saimme optimoitua robotin suunnittelun siten, että se voisi uida laboratorion tankissa, oli erityisen jännittävää nähdä, että robotti pystyi uimaan onnistuneesti suuressa akvaariossa korallien ja kalojen keskellä, osoittaen sen soveltuvuutta todellisiin sovelluksiin”, Christianson sanoi.

Erilaisia suuttimen malleja testattuaan ryhmä löysi lopulta yhden, joka paransi robotin tehokkuutta ja mahdollisti sen kääntymisen ja liikkumisen nopeammin. Yksi tärkeimmistä tekijöistä, jotka johtivat tähän löytöön, oli jet-propulsio-simulaatio, jota johti professori Qiang Zhu ja hänen tiiminsä Kalifornian yliopiston San Diegon kampuksen rakenteellisen insinöörityön laitoksessa.