Revolusjonering av undervannsutforskning: Brown Universitys Pleobot låser opp havets hemmeligheter

Forestillingen om et sofistikert nettverk av sammenkoblede, selvstyrende roboter. De opererer i samspill, som en intrikat akvatisk ballet, navigerer i de mørke dybder av havet, utfører detaljerte vitenskapelige undersøkelser og høyrisiko-redningsaksjoner. Denne fremtidsvisjonen er nærmere virkeligheten, takket være forskerne ved Brown University, som er pionerer i utviklingen av en ny type undervannsnavigeringsroboter. En slik robotplattform, kalt Pleobot, er stjernen i deres nylig publiserte studie i Scientific Reports.

Krill, de små krepsdyrene som utgjør en kritisk del av marine økosystemer, er ekstraordinære svømmere med unikke evner i manøvrerbarhet, akselerasjon og svingning. Deres bemerkelsesverdige atletiske evner har inspirert forskerne ved Brown University til å utvikle Pleobot – en robotplattform bestående av tre leddede seksjoner som etterligner den metakronale svømmestilen karakteristisk for krill.

“Pleobot gir oss en ubeskrivelig resolusjon og kontroll til å undersøke alle aspektene av krill-lignende svømming som hjelper den til å utmerke seg i manøvrering under vann,” sier Sara Oliveira Santos, en ph.d.-kandidat ved Brown’s School of Engineering og hovedforfatter av studien.

Forskningsgruppen har som mål å bruke Pleobot som et omfattende verktøy til å forstå krill-lignende svømming og utnytte potensialet i 100 millioner års evolusjon til å konstruere bedre roboter for havnavigasjon.

Mekanikken til Pleobot: Emulerer krill-svømmingens underverker

Pleobot-prosjektet er et internasjonalt samarbeid mellom Brown University og Universidad Nacional Autónoma de México. Sammen dekoder de mysteriene om hvordan krill, kjent som metakronale svømmere, navigerer komplekse marine miljøer og utfører kolossale vertikale migrasjoner på over 1 000 meter to ganger daglig – tilsvarende å stable tre Empire State Buildings.

“Vi har snapshots av mekanismene de bruker til å svømme effektivt, men vi har ikke omfattende data,” forklarer Nils Tack, en postdoktorand i Wilhelmus-laboratoriet ved Brown University.

Gruppen har bygget og programmert Pleobot for å nøyaktig emulere krillens bevegelser og endre formen på lemmer, og gir en ny, mer dyptgående forståelse av fluid-struktur-interaksjoner på lem-nivå.

Banbrytende arbeid for fremtidens autonome undervannsfarkoster

Ifølge forskerne muliggjør den metakronale svømmeteknikken at krill kan manøvrere merkelig godt, og viser en sekvensiell utleggelse av deres svømmeføtter i en bølge-bevegelse. Dette er en egenskap som de tror kan inkorporeres i fremtidige deployable swarm-systemer. Monica Martinez Wilhelmus, assisterende professor i ingeniørvitenskap ved Brown University, hevder: “Ved å kunne forstå fluid-struktur-interaksjoner på lem-nivå, vil vi kunne ta informerte beslutninger om fremtidige design.”

Disse fremtidige robot-svermene kunne kartlegge jordens hav, delta i omfattende søk- og redningsaksjoner eller selv utforske havene på måner i vårt solsystem, som Europa. Wilhelmus legger til: “Krill-samlinger er et utmerket eksempel på svermer i naturen… Denne studien er startpunktet for vårt langtidsmål om å utvikle neste generasjons autonome undervannssensorfarkoster.”

Betydningen av Pleobots design

Pleobots konstruksjon involverer et tverrfaglig team som spesialiserer seg på fluidmekanikk, biologi og mekatronikk. Dets komponenter består hovedsakelig av 3D-utskrevne deler, og designet er åpen kilde. Forskerne har replisert åpning- og lukkebevegelsen til krillens biramøse finner, noe som antas å være en førstegang for en slik plattform. Modellen er konstruert i ti ganger skalaen til krill, som vanligvis er omtrent like store som en papirklipp, og muliggjør mer nøyaktig observasjon og analyse.

“I den publiserte studien, avdekket vi svaret på ett av de mange ukjente mekanismene til krill-svømming: hvordan de genererer løft for å ikke synke mens de svømmer fremover,” sier Oliveira Santos. “Vi kunne avdekke den mekanismen ved å bruke roboten,” legger Yunxing Su, en postdoktorand i laboratoriet, til. De oppdaget at et lavtrykksområde på baksiden av svømmeføttene bidrar til løfts-kraftforbedring under kraft-streken til de bevegelige føttene, en avgjørende oppdagelse for å forstå og replikere krill-svømmingens effektivitet.

Brown University-teamets banbrytende arbeid med Pleobot markerer et betydelig sprang fremover i jakten på å utvikle neste generasjons autonome undervannssensorfarkoster. Mulighetene synes like store som havene disse robotene er ment å utforske.