Ingenieurs bouwen inktvis-achtige robot voor onderwaterverkenning

Ingenieurs aan de Universiteit van Californië-San Diego hebben een inktvis-achtige robot gebouwd voor onderwaterverkenning. De robot is niet vastgezet en kan zich voortbewegen door middel van waterstralen. Het heeft ook elektrische uitdagingen overwonnen, zoals het kunnen meenemen van sensoren, specifiek een camera.

Michael T. Tolley is een van de senior auteurs van het onderzoek en een professor in de afdeling Mechanische en Aeroruimtevaarttechniek aan de UC San Diego.

“We hebben eigenlijk alle belangrijke kenmerken van inktvissen voor hoge-snelheidswimming gerecreëerd”, zei Tolley. “Dit is de eerste niet-vastgezette robot die jet-pulsen kan genereren voor snelle voortbeweging zoals een inktvis en kan deze jet-pulsen bereiken door zijn lichaamsvorm te veranderen, wat de zwemefficiëntie verbetert.”

Het onderzoek werd gepubliceerd in Bioinspiratie en Biomimetiek.

De Inktvis-Robot

De inktvis-geïnspireerde robot bestaat uit zachte materialen zoals acrylpolymeer, evenals enkele meer rigide, 3D-geprinte en laser-gesneden delen. Zachte robots zijn veiliger voor vissen en koraal bij onderwaterverkenning, omdat rigide robots ze kunnen beschadigen. Echter, er is een nadeel. Zachte robots zijn vaak langzamer en minder efficiënt in manoeuvreren.

Het onderzoeksteam bestond uit roboticisten en computersimulatie-experts. De groep keek naar inktvissen vanwege hun vermogen om snel te reizen. De cephalopoden bereiken deze snelheid door een jet-aandrijvingsmechanisme.

Door inspiratie te putten uit de inktvissen, ontwierp het team de robot zodat hij water in zijn lichaam kan nemen en elastische energie in zijn huid en flexibele ribben kan opslaan. De energie wordt vervolgens vrijgegeven door de robot zijn lichaam samen te drukken, waardoor een waterstraal de robot voortstuwt.

Wanneer hij niet beweegt, houdt de robot de vorm van een papieren lantaarn, en zijn ribben zijn flexibel en werken als veren. Aan elk uiteinde van de robot zit een cirkelvormig plateau waar de ribben aansluiten, met een verbonden met een mondstuk dat water in- en uitstoot. Om het water uit te stoten, moet het lichaam van de robot samentrekken. Het resterende plateau wordt vervolgens gebruikt om sensoren te houden, zoals een waterdichte camera.

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

Testen van de Robot

De inktvis-robot werd getest in het lab van professor Geno Pawlak, dat gevestigd is in de afdeling Mechanische en Aeroruimtevaarttechniek van de UC San Diego. Na die tests werd hij naar de tanks van de UC San Diego Birch Aquarium bij het Scripps Institution of Oceanography gestuurd.

De robot kon worden bestuurd door het mondstuk aan te passen, en de waterdichtheid van elektrische componenten, zoals de batterij en camera, bleek succesvol te zijn. Het apparaat reisde met een snelheid van ongeveer 18 tot 32 centimeter per seconde, wat ongeveer een halve mijl per uur is. De snelheid is indrukwekkend, sneller dan de meeste zachte robots.

Caleb Christianson, een senior medische apparateningenieur bij Dexcom, leidde de studie onder de onderzoeksgroep.

“Nadat we de robot hadden geoptimaliseerd zodat hij in een tank in het lab kon zwemmen, was het vooral spannend om te zien dat de robot succesvol kon zwemmen in een grote aquarium tussen koraal en vissen, waarmee hij zijn bruikbaarheid voor echte wereldtoepassingen aantoonde”, zei Christianson.

Na het testen van verschillende modellen van het mondstuk, vond het team uiteindelijk een manier om de efficiëntie van de robot te verhogen, evenals om hem te laten manoeuvreren en sneller te reizen. Een van de belangrijkste factoren die tot die ontdekking leidden, was de simulatie van de jet-aandrijving, die werd geleid door professor Qiang Zhu en zijn team in de afdeling Structuurtechniek van de UC San Diego.