Роботизированный рыбий хвост и элегантное математическое соотношение могут помочь в разработке подводных дронов следующего поколения

Прочитано: 685 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Оценок пока нет)
Loading ... Loading ...


Подводные аппараты обычно рассчитаны на одну крейсерскую скорость и часто неэффективны на других скоростях. Технология элементарна по сравнению с тем, как рыба плавает хорошо, быстро или медленно.

Что, если вы хотите, чтобы ваш подводный аппарат быстро прошел через километры океана, затем замедлился, чтобы нанести на карту узкий коралловый риф, или ускорился до места разлива нефти , а затем сбросил скорость, чтобы провести тщательные измерения?

Дэн Куинн, доцент Школы инженерии и прикладных наук Университета Вирджинии, и его коллега, недавно получивший докторскую степень в УФА. аспирант и доктор наук Цян Чжун (Qiang Zhong) обнаружил ключевую стратегию, позволяющую выполнять такие виды многоскоростных миссий. Они продемонстрировали простой способ реализации этой стратегии в роботах, которые в конечном итоге могут повлиять на конструкцию подводных аппаратов. Их работа недавно была опубликована в журнале Science Robotics .

При разработке плавательных роботов перед исследователями постоянно возникает вопрос, насколько жесткой должна быть сделана деталь, которая толкает роботов по воде. Это сложный вопрос, потому что та же жесткость, которая хорошо работает в одних ситуациях, может с треском провалиться в других.


«Имея один Жесткость хвоста — все равно что иметь одно передаточное число на велосипеде», — сказал Куинн, занимающий совместные должности в машиностроении и аэрокосмической технике, а также в электротехнике и вычислительной технике. «Вы будете эффективны только на одной скорости. Это все равно что ехать по Сан-Франциско на велосипеде с фиксированной передачей; вы вымотаетесь уже через несколько кварталов».

Вполне вероятно, что рыба решает эту проблему, настраивая свою жесткость в реальном времени : они устанавливают разные уровни жесткости в зависимости от ситуации.

Проблема в том, что нет известного способа измерить жесткость плавающей рыбы, поэтому трудно понять, как рыба это делает. Куинн и Чжун решили эту проблему, объединив гидродинамику и биомеханику, чтобы получить модель того, как и почему следует настраивать жесткость хвоста.

«Удивительно», — сказал Куинн, — «простой результат пришел из всей математики: жесткость должна увеличиваться с увеличением скорости плавания в квадрате.

«Чтобы проверить нашу теорию, мы построили робота, похожего на рыбу, который использует программируемое искусственное сухожилие, чтобы настраивать жесткость своего хвоста во время плавания в водном канале. Произошло то, что внезапно наш робот мог плавать в более широком диапазоне скоростей, используя почти вдвое меньшую скорость. много энергии, как у того же робота с хвостом фиксированной жесткости. Улучшение действительно было весьма значительным ».

«Наша работа — первая, сочетающая биомеханику, гидродинамику. и робототехнику для всестороннего изучения жесткости хвоста, что помогает раскрыть давно существующую тайну того, как жесткость хвоста влияет на плавательные характеристики», — сказал Чжун. «Что еще более фантастично, так это то, что мы сосредоточены не только на теоретическом анализе, но и на предложении практического руководства по настраиваемой жесткости. Предлагаемая нами стратегия настраиваемой жесткости доказала свою эффективность в реалистичных плавательных миссиях, когда рыба-робот достигала высокой скорости и высокой эффективность плавания одновременно «.

Теперь, когда команда смоделировала преимущества регулируемой жесткости , они распространят свою модель на другие виды плавания. Первый робот был сконструирован как тунец; теперь команда думает о том, как они могут масштабироваться до дельфинов или до головастиков. Они также создают робота, который имитирует волнообразные движения скатов.

«Я не думаю, что в ближайшее время у нас закончатся проекты. Каждое водное животное, на которое мы смотрели, давало нам новые идеи о том, как построить более совершенных плавательных роботов. А в море гораздо больше рыбы», — сказал Куинн.

Роботизированный рыбий хвост и элегантное математическое соотношение могут помочь в разработке подводных дронов следующего поколения



Новости партнеров

Загрузка...