По примеру морских дьяволов: робот-манта поставил рекорд скорости

Группа робототехников побила собственный рекорд скорости плавающего робота. Пример для его конструкции взяли у рыб, а именно у манты, которую также называют гигантским морским дьяволом. Наблюдения за этим видов скатов помогли улучшить показатели робота на воде и впервые позволили новинке нырять.

Соавтором проекта стал Цзе Инь, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической инженерии в Университете штата Северная Каролина. Он рассказал, что два года назад они с коллегами создали мягкого плавающего робота, чья средняя скорость достигала 3,74 длины его корпуса в секунду.

И вот робототехники улучшили конструкцию. Новый упругий робот стал эффективнее в смысле расхода энергии и развивает скорость, которая в секунду в 6,8 раз превышает его собственную длину. И если предшествующая модель умела плыть исключительно по воде, то новинка перемещается в толще жидкой среды, как рыба.

Крылья мягкого робота похожи на плавники манты, а упругий материал, из которого они сделаны, держит необходимую форму, несмотря на сопротивление воды. Плавники крепятся к гибкому силиконовому корпусу, оснащённому очень важной составляющей всей конструкции — ёмкостью для воздуха. При наполнении воздушной камеры плавники сгибаются, как у манты, которая ими взмахивает. Когда воздух выпускается, плавники автоматически возвращаются в исходное положение.

Аспирант Хайтао Цин, соавтор изобретения, сказал, что именно закачка воздуха в камеру и приводит конструкцию в движение. Крылья устройства за счёт своей упругости стремятся вернуться в исходное состояние, поэтому при выходе воздуха из ёмкости энергия в них высвобождается. Всё это значит, что роботу достаточно единственного привода, и эта простота повышает скорость.

Изучение гидродинамики скатов также сыграло важнейшую роль для вертикального перемещения, то есть всплытия на поверхность. Цзячэн Го, ещё один соавтор, рассказал, как изобретатели наблюдали за движениями мант и смогли их сымитировать, чтобы робот поднимался к поверхности, а также спускался под воду или мог двигаться в толще жидкой среды по прямой.


— Го.

Участник проекта доцент Юаньхан Чжу рассказал, что компьютерное моделирование и практические опыты показали: поток жидкости, направленный вниз при движениях робота, мощнее, чем идущий вверх.


— Чжу.

Хайтао Цин рассказал также о таком важном факторе, как питание сжатым воздухом. Если плавники остановить, то воздушная камера пустеет, и плавучесть робота снижается. В общем, чем быстрее робот взмахивает плавниками, тем больше времени воздушная камера остаётся заполненной, что делает устройство более плавучим.

Исследователи продемонстрировали функциональность изобретения разными способами. Одна из версий робота смогла преодолеть препятствия, расположенные на дне аквариума. Это было похоже на бег с препятствиями, когда надо перескакивать через барьеры. А ещё исследователи показали, что беспривязная версия робота с источником питания буксирует груз по поверхности воды, как миниатюрную баржу.



Теперь коллектив робототехников трудится над улучшением перемещений в боковых направлениях. А также изобретатели изучают другие способы управления, которые значительно расширят возможности всей конструкции, в основе которой, по их словам, «элегантная простота».