Ingenjörer bygger bläckfisk-liknande robot för undervattensutforskning

Ingenjörer vid University of California-San Diego har skapat en bläckfisk-liknande robot för undervattensutforskning. Roboten är obunden och kan framdriva sig själv genom att använda vattenstrålar. Den har också övervunnit elektriska utmaningar, såsom att kunna bära sensorer, särskilt en kamera.

Michael T. Tolley är en av de seniora författarna till forskningen och en professor i avdelningen för mekanisk och rymdteknik vid UC San Diego.

“I princip återskapade vi alla nyckelfunktioner som bläckfiskar använder för höghastighets-simning”, sa Tolley. “Detta är den första obundna roboten som kan generera jet-pulser för snabb locomotion som bläckfisken och kan uppnå dessa jet-pulser genom att ändra sin kroppssform, vilket förbättrar simnings-effektiviteten.”

Forskningen publicerades i Bioinspiration and Biomimetics.

Bläckfisk-Roboten

Bläckfisk-inspirerade roboten består av mjuka material som akryl-polymer, samt några mer rigida, 3D-utskrivna och laser-skurna delar. Mjuka robotar är säkrare för fisk och koraller när det gäller undervattensutforskning, eftersom rigida robotar kunde skada dem. Men det finns en nackdel. Mjuka robotar är ofta långsammare och mindre effektiva vid manövrering.

Forskningsgruppen bestod av robot-tekniker och dator-simulerings-experter. Gruppen tittade på bläckfiskar på grund av deras förmåga att resa sig snabbt. Cephalopoderna uppnår denna hastighet genom en jet-propulsion-mekanism.

Med inspiration från bläckfiskarna, designade teamet roboten så att den kan ta in vatten i sin kropp och lagra elastisk energi i sin hud och flexibla revben. Energin släpps sedan ut av roboten genom att den komprimerar sin kropp, vilket resulterar i en vattenstråle som driver roboten.

När den inte rör sig, håller roboten formen av en papperslykta, och dess revben är flexibla och fungerar som fjädrar. Varje ände av roboten har en cirkulär platta där revbenen ansluter, med en som är ansluten till en munstycke som tar in och utvisar vatten. För att vattnet ska utvisas, måste robotens kropp kontrahera. Den återstående plattan används sedan för att hålla sensorer, såsom en vattentät kamera.

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

Testning av Roboten

Bläckfisk-roboten testades i professor Geno Pawlaks lab, som är belägen i UC San Diego-avdelningen för mekanisk och rymdteknik. Efter dessa tester skickades den till tankarna vid UC San Diego Birch Aquarium vid Scripps Institution of Oceanography.

Roboten kunde styras genom att justera munstycket, och vattentätningen av elektriska komponenter, såsom batteri och kamera, visade sig vara framgångsrik. Enheten reste sig med en hastighet av cirka 18 till 32 centimeter per sekund, vilket är cirka en halv mil per timme. Hastigheten är imponerande, eftersom den är snabbare än de flesta mjuka robotar.

Caleb Christianson, en senior medicinsk enhetsingenjör vid Dexcom, ledde studien bland forskargruppen.

“Efter att vi kunde optimera designen av roboten så att den skulle simma i en tank i labbet, var det särskilt spännande att se att roboten kunde simma framgångsrikt i ett stort akvarium bland koraller och fisk, vilket visar dess lämplighet för verkliga tillämpningar”, sa Christianson.

Efter att ha testat olika modeller av munstycket, hittade teamet slutligen en som kunde öka robotens effektivitet, samt göra den mer manövrerbar och resa sig snabbare. En av de viktigaste bidragande faktorerna till den upptäckten var simuleringen av jet-propulsionen, som leddes av professor Qiang Zhu och hans team i avdelningen för strukturteknik vid UC San Diego.