Ingeniører bygger blæksprut-liknende robot for undervannsutforskning

Ingeniører ved University of California-San Diego har laget en blæksprut-liknende robot for undervannsutforskning. Roboten er ikke koblet til noe og kan drive seg selv ved hjelp av vannstråler. Den har også overvunnet elektriske utfordringer, som å kunne bære sensorer, spesielt en kamera.

Michael T. Tolley er en av de senior autorene av forskningen og en professor i avdelingen for mekanisk og romfartsteknisk ingeniørvidenskap ved UC San Diego.

“I virkeligheten har vi rekonstruert alle nøkkel funksjonene som blækspruter bruker for høyhastighets svømming,” sa Tolley. “Dette er den første ubundne roboten som kan generere jet-pulser for rask lokomosjon som blækspruten og kan oppnå disse jet-pulsene ved å endre kroppens form, som forbedrer svømmeeffektiviteten.”

Forskningen ble publisert i Bioinspiration og Biomimetics.

Blæksprut-Roboten

Blæksprut-inspirerte roboten består av myke materialer som akryl polymer, samt noen mer rigide, 3D-utskrevne og laser-skåret deler. Myke roboter er tryggere for fisk og koraler når det gjelder undervannsutforskning, da rigide roboter kunne skade dem. Men det er en ulempe. Myke roboter er ofte langsommere og mindre effektive i manøvrering.

Forskningsgruppen bestod av robot-eksperter og datamodell-eksperter. Gruppen så mot blækspruter på grunn av deres evne til å reise i høye hastigheter. Blæksprutene oppnår denne hastigheten gjennom en jet-propulsjonsmekanisme.

Ved å trekke inspirasjon fra blæksprutene, designet teamet roboten så den kan ta vann inn i kroppen og lagre elastisk energi i huden og de fleksible ribbene. Energien blir deretter frigjort av roboten ved å komprimere kroppen, noe som resulterer i en vannstråle som driver roboten.

Når den ikke er i bevegelse, holder roboten formen av en papirlanterne, og ribbene er fleksible og fungerer som fjærer. Hver ende av roboten har en sirkulær plate hvor ribbene kobles, med en som er koblet til en dysse som tar inn og skyter ut vann. For at vannet skal skytes ut, må robotens kropp kontrahere. Den gjenværende plata brukes deretter til å holde sensorer, som en vanntett kamera.

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

Testing av Roboten

Blæksprut-roboten ble testet i professor Geno Pawlaks laboratorium, som ligger i UC San Diego-avdelingen for mekanisk og romfartsteknisk ingeniørvidenskap. Etter disse testene ble den sendt til tankene ved UC San Diego Birch Aquarium ved Scripps Institution of Oceanography.

Roboten kunne styres ved å justere dysa, og vanntettingen av elektriske komponenter, som batteri og kamera, viste seg å være suksessfull. Enheten reiste i en hastighet på rundt 18 til 32 centimeter per sekund, som er omtrent en halv mile per time. Hastigheten er imponerende, da den er raskere enn de fleste myke roboter.

Caleb Christianson, en senior medisinsk enhetsingeniør ved Dexcom, ledet studien blant forskningsgruppen.

“Etter at vi kunne optimere designet av roboten så den skulle svømme i en tank i laboratoriet, var det spesielt spennende å se at roboten kunne svømme suksessfullt i et stort akvarium blant koral og fisk, og demonstrere sin anvendelighet for virkelige anvendelser,” sa Christianson.

Etter å ha testet ulike modeller av dysa, fant teamet endelig en som kunne øke robotens effektivitet, samt gjøre den i stand til å manøvrere og reise i raskere hastigheter. En av de viktigste bidragende faktorene til denne oppdagelsen var simuleringen av jet-propulsjonen, som ble ledet av professor Qiang Zhu og hans team i avdelingen for strukturell ingeniørvidenskap ved UC San Diego.