การปฏิวัติการสำรวจใต้น้ำ: โรบอต Pleobot ของ Brown University เปิดเผยความลับของมหาสมุทร

ลองนึกภาพเครือข่ายของหุ่นยนต์ที่เชื่อมต่อกันและควบคุมตนเอง พวกมันทำงานร่วมกันเหมือนบัลเล่ต์น้ำที่ซับซ้อน เคลื่อนที่ผ่านความมืดมิดของมหาสมุทร โดยทำการสำรวจทางวิทยาศาสตร์ที่มีรายละเอียดและภารกิจค้นหาและช่วยเหลือที่มีความเสี่ยงสูง วิสัยทัศน์ในอนาคตนี้ใกล้จะกลายเป็นความจริงแล้ว ขอบคุณนักวิจัยที่มหาวิทยาลัย Brown ซึ่งกำลังพัฒนาเครื่องมือนำทางใต้น้ำรูปแบบใหม่ หนึ่งในแพลตฟอร์มโรบอตที่เรียกว่า Pleobot เป็นดาวเด่นของการศึกษาที่ตีพิมพ์ใหม่ๆ ใน Scientific Reports

คริลล์ สัตว์ขนาดเล็กที่มีบทบาทสำคัญในระบบนิเวศน์ของทะเล มีความสามารถในการว่ายน้ำที่น่าประทับใจ มีสมรรถนะในการเปลี่ยนทิศทาง การเร่งความเร็ว และการเปลี่ยนทิศทางที่ยอดเยี่ยม ความสามารถนี้ได้启發นักวิจัยที่มหาวิทยาลัย Brown ให้พัฒนา Pleobot ซึ่งเป็นแพลตฟอร์มโรบอตที่ประกอบด้วยสามส่วนเชื่อมต่อกันซึ่งเลียนแบบรูปแบบการว่ายน้ำของคริลล์

“Pleobot ช่วยให้เราได้รับการแก้ไขและควบคุมที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อนในการสืบค้นถึงทุกด้านของการว่ายน้ำแบบคริลล์ที่ช่วยให้พวกมันสามารถว่ายน้ำใต้น้ำได้อย่างยอดเยี่ยม” ซาร่า โอลิเวร่า ซานโตส ผู้สมัครปริญญาเอกที่โรงเรียนวิศวกรรมของ Brown และผู้เขียนหลักของการศึกษานี้กล่าว

ทีมวิจัยมีเป้าหมายที่จะใช้ Pleobot เป็นเครื่องมือที่ครอบคลุมเพื่อทำความเข้าใจการว่ายน้ำแบบคริลล์และใช้ศักยภาพของการวิวัฒนาการมา 100 ล้านปีเพื่อสร้างโรบอตที่ดีกว่าสำหรับการนำทางใต้น้ำ

กลไกของ Pleobot: การเลียนแบบความน่าประทับใจของการว่ายน้ำคริลล์

โครงการ Pleobot เป็นการร่วมมือระหว่างประเทศระหว่างมหาวิทยาลัย Brown และ Universidad Nacional Autónoma de México ร่วมกันเพื่อถอดรหัสความลับของการว่ายน้ำคริลล์และการเดินทางในแนวตั้งที่ยิ่งใหญ่กว่า 1,000 เมตรสองครั้งต่อวัน ซึ่งเทียบเท่ากับการวางอาคาร Empire State สามอาคารซ้อนกัน

“เรามีภาพของกลไกที่พวกมันใช้ในการว่ายน้ำอย่างมีประสิทธิภาพ แต่เรายังไม่มีข้อมูลที่ครอบคลุม” นิลส์ ทัค ผู้ช่วยหลังปริญญาเอกในห้องปฏิบัติการ Wilhelmus ที่มหาวิทยาลัย Brown อธิบาย

ทีมงานได้สร้างและเขียนโปรแกรม Pleobot เพื่อเลียนแบบการเคลื่อนไหวของขาที่แม่นยำและเปลี่ยนรูปของส่วนขยาย โดยให้ความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับการโต้ตอบของของไหลและโครงสร้างที่ระดับส่วนขยาย

การเป็นผู้บุกเบิกอนาคตของยานพาหนะใต้น้ำอัตโนมัติ

ตามที่นักวิจัยกล่าวว่าเทคนิคการว่ายน้ำแบบคริลล์ทำให้คริลล์สามารถเปลี่ยนทิศทางได้อย่างน่าประทับใจ โดยแสดงการปล่อยตัวของขาว่ายน้ำในลักษณะคลื่น นี่คือลักษณะที่พวกเขาคิดว่าสามารถนำไปใช้ในระบบสวาร์มที่สามารถใช้งานได้ในอนาคต มอนิกา มาร์ติเนซ วิลเฮลมัส ผู้ช่วยศาสตราจารย์ประจำคณะวิศวกรรมศาสตร์แห่ง Brown University ยืนยันว่า “การทำความเข้าใจการโต้ตอบของของไหลและโครงสร้างที่ระดับส่วนขยายจะช่วยให้เราตัดสินใจเกี่ยวกับการออกแบบในอนาคตได้อย่างมีข้อมูล”

สวาร์มโรบอตในอนาคตอาจสามารถทำการสำรวจมหาสมุทรของโลก เข้าร่วมภารกิจค้นหาและช่วยเหลืออย่างกว้างขวาง หรือแม้แต่สำรวจมหาสมุทรของดวงจันทร์ในระบบสุริยะ เช่น Europa วิลเฮลมัสเพิ่มเติมว่า “การรวมตัวของคริลล์เป็นตัวอย่างที่ดีของสวาร์มในธรรมชาติ… การศึกษานี้เป็นจุดเริ่มต้นของการวิจัยระยะยาวของเราในการพัฒนาเครื่องมือการรับรู้ใต้น้ำอัตโนมัติรุ่นต่อไป”

ความสำคัญของการออกแบบ Pleobot

การก่อสร้าง Pleobot เกี่ยวข้องกับทีมงานที่มีความเชี่ยวชาญหลายสาขา รวมถึงกลไกของไหล ชีววิทยา และเครื่องกล เมื่อประกอบด้วยส่วนประกอบหลักจากชิ้นส่วนที่สามารถพิมพ์ 3 มิติได้ และการออกแบบเปิดเผยให้ใช้ได้ฟรี ทีมวิจัยได้จำลองการเคลื่อนไหวของคริลล์แบบเปิดและปิด ซึ่งเชื่อว่าเป็นครั้งแรกสำหรับแพลตฟอร์มดังกล่าว โมเดลถูกสร้างขึ้นที่ขนาดใหญ่กว่าคริลล์ถึงสิบเท่า ซึ่งโดยปกติจะมีขนาดประมาณขนาดของคลิปกระดาษ ทำให้สามารถสังเกตและวิเคราะห์ได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น

“ในงานศึกษาที่ตีพิมพ์ เราได้แสดงคำตอบสำหรับหนึ่งในกลไกที่ไม่รู้จักของการว่ายน้ำคริลล์: วิธีที่พวกมันสร้างแรงยกเพื่อไม่ให้จมขณะว่ายน้ำไปข้างหน้า” โอลิเวร่า ซานโตส กล่าว “เราสามารถค้นพบกลไกนั้นได้โดยใช้โรบอต” ยุนซิง ซู ผู้ช่วยหลังปริญญาเอกในห้องปฏิบัติการเพิ่มเติมว่า พวกเขาพบว่าบริเวณที่มีความดันต่ำที่ด้านหลังของขาที่ว่ายน้ำมีส่วนช่วยในการเพิ่มแรงยกในช่วงการเคลื่อนไหวของขา ซึ่งเป็นผลการวิจัยที่สำคัญสำหรับการทำความเข้าใจและเลียนแบบการว่ายน้ำที่มีประสิทธิภาพของคริลล์

การทำงานที่เป็นผู้บุกเบิกของทีมมหาวิทยาลัย Brown กับ Pleobot ถือเป็นขั้นตอนสำคัญในการพัฒนาเครื่องมือการรับรู้ใต้น้ำอัตโนมัติรุ่นต่อไป ความเป็นไปได้ดูเหมือนจะกว้างใหญ่เท่ากับมหาสมุทรที่โรบอตเหล่านี้มีจุดมุ่งหมายจะสำรวจ