Inžinieriai iš Sautamptono, Edinburgo ir Delfto universitetų sukūrė minkštą robotinį sparną, kuriame integravo skystojo metalo elektroninę odą (e-odą) ir propriorecepcinį jutimą.
Propriorecepcija – tai vidinis „kūno žemėlapis“, leidžiantis paukščiams ir žuvims tiksliai žinoti, kur yra jų galūnės ar pelekai ir kaip jie juda.
Šis gamtos įkvėptas dizainas leidžia povandeniniams robotams autonomiškai keisti savo formą ir pasiekti tokį stabilumo lygį audringuose srautuose, kokio įprasti standūs sparnai užtikrinti nepajėgia.
Bandomųjų bandymų metu pažangusis sparnas neutralizavo 87 procentus turbulencijos, kuri paprastai išmuša įprastus povandeninius aparatus iš kurso.
„Vandenynų aplinka yra dinamiška ir nenuspėjama, todėl robotai privalo nuolat jausti, kas vyksta aplink juos, ir atitinkamai reaguoti“, – teigia bendraautorius profesorius Blairas Thorntonas iš Sautamptono universiteto.
„Naujosios technologijos jau parodė, kad minkštos medžiagos gali būti labai efektyvios varomosios jėgos generavimui, tačiau jų integravimas jutimui ir valdymui priartina minkštuosius robotus prie adaptyvių sistemų, reikalingų patikimai veikti natūralioje povandeninėje aplinkoje“, – priduria Thorntonas.
Propriorecepcinė e-oda
Vandenynas – itin chaotiška aplinka. Kad robotas čia veiktų patikimai, jis turi būti toks pat reaguojantis kaip ryklys ir toks pat efektyvus kaip tunas.
Standūs, sunkūs povandeniniai robotai lengvai nukreipiami nuo kurso menkiausios srovės ir dažniau „kovoja“ su vandeniu, nei juda drauge su juo.
Be to, tokie robotai iššvaisto daug energijos bandydami pasipriešinti nenuspėjamoms bangoms ir srautams.
Remdamiesi paukščių ir žuvų aerodinamikos bei hidrodinamikos principais, tyrėjai sukūrė gamtos įkvėptą robotinį sparną, kuris autonomiškai prisitaiko prie sraunio vandens.
Naudodamas „jauti–reaguok“ (angl. sense-and-react) sistemą, sparnas aptinka vandens tėkmės pokyčius ir akimirksniu pakeičia savo formą, kad išlaikytų stabilumą.
Šis perėjimas nuo standžių konstrukcijų prie adaptyvios, minkštos robotikos leidžia sparnui neutralizuoti povandeninius trikdžius, o ne jiems priešintis.
„Užuot kūrę dar „tvirtesnius“ robotus, skirtus kovoti su vandenyno galia, mes judame link protingesnių, minkštesnių mašinų, kurios veikia darniai su aplinka“, – sako pagrindinis tyrimo autorius Leo Micklemas.
Sparno konstrukcija imituoja propriorecepciją – gebėjimą jausti savo padėtį ir judesius erdvėje.
Gamtinė propriorecepcija leidžia paukščiams jausti vėją per plunksnas, o žuvims – vandens judėjimą per pelekus ir odą, todėl jie išlaiko pusiausvyrą net labai sudėtingomis sąlygomis.
Elektroninė oda – tarsi dirbtinė nervų sistema
Robotinis sparnas padengtas pažangia elektronine oda, pagaminta iš lanksčių skystojo metalo laidininkų, įlietų į silikoną. Ši struktūra veikia tarsi sintetinė nervų sistema, leidžianti „jausti“ kintančius vandens srautus.
Kai šie „nervai“ užfiksuoja sparno linkimą, jie suaktyvina vidinius hidraulinius kanalus, kurie automatiškai pakeičia sparno standumą ir formą.
Tokia nuolatinė jutimo ir reagavimo grandinė suteikia robotui galimybę akimirksniu adaptuoti savo fizinę formą ir taip išlaikyti pusiausvyrą net esant staigiems srovių pokyčiams.
Penkiagubai didesnis energinis efektyvumas
Naujasis sparnas buvo išbandytas ir palygintas su įprastais standžiais bei paprastesniais minkštais sparnais įvairiomis turbulencijos sąlygomis.
Rezultatai parodė, kad adaptyviojo sparno stabilizavimo efektyvumas beveik dvigubai viršija sklandančios pelėdos (pvz., pelėdos) pasiekiamą stabilumą.
Nors tyrėjai pabrėžia, kad mašinų ir gyvūnų palyginimai yra sudėtingi, surinkti duomenys aiškiai rodo: ši jutimais paremta sparno technologija gerokai lenkia dabartinius povandeninius įrenginius, kai kalbama apie pusiausvyros išlaikymą staigių trikdžių metu.
Įdomu tai, kad šis sparnas ne tik stabilus, bet ir greitesnis bei pigesnis eksploatuoti: jis reaguoja keturis kartus sparčiau nei kiti lankstūs sparnai ir sunaudoja penkis kartus mažiau energijos nei sistemos, kurios formą keičia naudodamos kaitinimą.
Vis dėlto išlieka iššūkių, susijusių su šios technologijos pritaikymu dideliems, giliavandeniams laivams.
Tačiau ši technologija gali atverti kelią saugesniems, manevringesniems robotiniams tyrinėtojams, galintiems įveikti itin stiprią povandeninę turbulenciją neišsikraunant baterijoms vien dėl pastangų išlikti kelyje.
