Революционизация подводных исследований: Pleobot Брауновского университета открывает секреты океана

Представьте себе сложную сеть взаимосвязанных, самоуправляемых роботов. Они работают в унисон, как сложный подводный балет, ориентируясь в темных глубинах океана, проводя детальные научные исследования и высокорисковые поисково-спасательные миссии. Этот футуристический взгляд становится все ближе к реальности благодаря исследователям Брауновского университета, которые разрабатывают новый тип подводных навигационных роботов. Одна такая робототехническая платформа, называемая Pleobot, является звездой их недавно опубликованного исследования в Scientific Reports.

Криль, эти крошечные ракообразные, которые являются важной частью морских экосистем, являются исключительными пловцами с исключительными способностями в маневренности, ускорении и повороте. Их замечательные спортивные способности вдохновили исследователей Брауновского университета на разработку Pleobot – робототехнической платформы, состоящей из трех сочлененных секций, имитирующей метахронный стиль плавания, характерный для криля.

“Pleobot позволяет нам беспрецедентное разрешение и контроль для изучения всех аспектов плавания криля, которые помогают ему преуспеть в подводной маневренности”, – говорит Сара Оливейра Сантос, аспирантка Школы инженерии Брауновского университета и ведущий автор исследования.

Исследовательская команда планирует использовать Pleobot как комплексный инструмент для понимания плавания криля и использования потенциала 100 миллионов лет эволюции для разработки лучших роботов для навигации в океане.

Механика Pleobot: имитация чудес плавания криля

Проект Pleobot является международным сотрудничеством между Брауновским университетом и Universidad Nacional Autónoma de México. Вместе они расшифровывают тайны того, как криль, известный как метахронный пловец, ориентируется в сложных морских средах и выполняет колоссальные вертикальные миграции более 1 000 метров дважды в день – что эквивалентно высоте трех зданий Эмпайр-Стейт-Билдинг.

“У нас есть снимки механизмов, которые они используют для эффективного плавания, но у нас нет полных данных”, – объясняет Нилс Так, постдокторант в лаборатории Вильгельмуса в Брауновском университете.

Команда построила и запрограммировала Pleobot, чтобы точно имитировать движения ног криля и изменить форму придатков, предоставив новое, более глубокое понимание взаимодействия между жидкостью и структурой на уровне придатков.

Открывая будущее автономных подводных транспортных средств

По мнению исследователей, метахронный стиль плавания позволяет крилю маневрировать замечательно, демонстрируя последовательное развертывание своих плавательных ног в виде волнового движения. Эта характеристика, считают они, может быть включена в будущие развертываемые системы роев. Моника Мартинес Вильгельмус, помощник профессора инженерии в Брауновском университете, утверждает: “Понимание взаимодействия между жидкостью и структурой на уровне придатков позволит нам принимать обоснованные решения о будущих конструкциях.

Эти будущие робототехнические рои могут картографировать океаны Земли, участвовать в обширных поисково-спасательных миссиях или даже исследовать океаны спутников нашей солнечной системы, таких как Европа. Вильгельмус добавляет: “Агрегации криля являются отличным примером роев в природе… Это исследование является началом нашей долгосрочной исследовательской цели – разработки следующего поколения автономных подводных транспортных средств.”

Значимость конструкции Pleobot

Конструкция Pleobot включает в себя многодисциплинарную команду, специализирующуюся на гидродинамике, биологии и мехатронике. Его компоненты в основном состоят из деталей, изготовленных с помощью 3D-печати, и конструкция является открытым исходным кодом. Исследователи воспроизвели движение открытия и закрытия биромных плавников криля, которое, как полагают, является первым для такой платформы. Модель построена в десять раз больше размера криля, который обычно имеет размер бумажной скрепки, что позволяет более точно наблюдать и анализировать.

“В опубликованном исследовании мы раскрываем ответ на один из многих неизвестных механизмов плавания криля: как они генерируют подъемную силу, чтобы не тонуть при движении вперед”, – говорит Оливейра Сантос. “Мы смогли открыть этот механизм, используя робота”, – добавляет Юнсин Су, постдокторант в лаборатории. Они обнаружили, что область низкого давления на задней стороне плавательных ног способствует увеличению подъемной силы во время рабочего хода движущихся ног, что является важным открытием для понимания и имитации эффективного плавания криля.

Новаторская работа команды Брауновского университета с Pleobot знаменует собой значительный шаг вперед в стремлении разработать следующее поколение автономных подводных транспортных средств. Возможности, кажется, так же обширны, как и океаны, которые эти роботы предназначены для исследования.