Тунец вдохновил ученых на создание эффективного робота-пловца
Американские ученые разработали модель, которая помогла им создать эффективного плавательного робота с программируемой жесткостью хвоста. Принцип работы робота основан на том, как плавают рыбы. Исследование опубликовано в журнале Science Robotics.
При разработке плавательных роботов ученые постоянно сталкиваются с одной и той же проблемой — насколько жесткой должна быть деталь, которая толкает механизм вперед? Ведь одна и та же жесткость может быть эффективна в одной ситуации и абсолютно бесполезна в другой. Робот, жесткость хвоста которого обеспечивает быстрое плавание, легко доберется до удаленного кораллового рифа. Но на месте он не сможет затормозить и эффективно исследовать объект. А если изначально будет заложена другая настройка, то робот будет слишком долго добираться до точки назначения.
«Иметь одну постоянную жесткость хвоста — все равно что иметь одно передаточное число на велосипеде. Вы будете эффективны только на одной скорости. Это было бы похоже на поездку по Сан-Франциско на велосипеде с фиксированной передачей; вы бы вымотались уже через несколько кварталов», — пояснил Дэн Куинн из Школы инженерии и прикладных наук Университета Вирджинии.
Американские ученые попытались решить эту проблему и создать робота, жесткость хвоста которого может меняться в зависимости от ситуации. Вдохновением для них послужили обычные рыбы. Они настраивают жесткость своего хвоста прямо на ходу, адаптируясь под новые обстоятельства. Однако нет способа измерить жесткость плавающей рыбы. Поэтому американские ученые объединили свои познания в гидродинамике и биомеханике, чтобы создать модель, которая бы помогла построить робота с эффективно настраиваемой жесткостью.
Исследователи пришли к выводу — жесткость должна увеличиваться с увеличением скорости плавания. Чтобы проверить свои вычисления, авторы построили рыбоподобного робота, похожего на тунца. Главной его особенностью стало программируемое искусственное сухожилие, которое настраивало жесткость хвоста. Благодаря ему робот значительно превзошел своего собрата с фиксированной жесткостью — он мог плавать в более широком диапазоне скоростей, используя при этом в два раза меньше энергии.
В дальнейшем ученые планируют создать аналогичных роботов, используя в качестве природных вдохновителей скатов, дельфинов и головастиков. «Я не думаю, что в ближайшее время у нас закончатся проекты. Каждое водное животное, на которое мы смотрели, дало нам новые идеи о том, как создать более совершенных плавательных роботов. А в море еще много рыбы», — прокомментировал Дэн Куинн.