Sautamptono, Edinburgo ir Delfto universitetų inžinieriai sukūrė minkštą robotinį sparną, kuriame integruota skystojo metalo elektroninė oda (e-oda) ir propriorecepcinis jutimas.
Propriorecepcija – tai vidinis „kūno žemėlapis“, leidžiantis paukščiams ir žuvims tiksliai suvokti, kur yra jų galūnės ar pelekai ir kaip jie juda.
Gamtos įkvėptas sprendimas suteikia povandeniniams robotams galimybę autonomiškai keisti formą ir pasiekti tokį stabilumą audringuose srautuose, kurio įprasti standūs sparnai dažniausiai negali užtikrinti.
Bandomųjų bandymų metu pažangusis sparnas neutralizavo 87 % turbulencijos, kuri įprastai išmuša 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 itin efektyvios varomosios jėgos generavimui, tačiau jutimo ir valdymo integracija priartina minkštuosius robotus prie adaptyvių sistemų, reikalingų patikimai veikti natūralioje povandeninėje aplinkoje“, – priduria jis.
Propriorecepcinė e-oda
Vandenynas yra chaotiška, nuolat besikeičianti aplinka. Kad robotas joje veiktų patikimai, jis turi būti toks pat jautrus kaip ryklys ir toks pat efektyvus kaip tunas.
Standūs ir sunkūs povandeniniai robotai lengvai nukreipiami nuo kurso net menkiausių srovių. Dažnai jie ne tiek juda drauge su vandeniu, kiek „kovoja“ su juo.
Dėl to eikvojama daug energijos bandant pasipriešinti nenuspėjamoms bangoms ir srautams.
Remdamiesi paukščių aerodinamikos ir žuvų hidrodinamikos principais, tyrėjai sukūrė robotinį sparną, kuris autonomiškai prisitaiko prie sraunio vandens.
Naudodamas „jauti–reaguok“ (sense-and-react) principu veikiančią sistemą, sparnas aptinka vandens tėkmės pokyčius ir akimirksniu pakeičia savo formą, kad išlaikytų stabilumą.
Toks perėjimas nuo standžių konstrukcijų prie adaptyvios minkštosios robotikos leidžia sparnui ne priešintis povandeniniams trikdžiams, o juos „sugerti“ ir neutralizuoti.
„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.
Natūrali propriorecepcija paukščiams padeda jausti vėją per plunksnas, o žuvims – vandens judėjimą per pelekus ir odą, todėl jos išlaiko pusiausvyrą net sudėtingiausiomis 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.
Nuolatinė jutimo ir reagavimo grandinė suteikia robotui galimybę akimirksniu adaptuoti fizinę formą ir taip išlaikyti pusiausvyrą net staigiai pasikeitus srovėms.
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 stabilumą, kurį demonstruoja sklandanti pelėda.
Nors tyrėjai pabrėžia, kad mašinų ir gyvūnų palyginimai nėra tiesmuki, surinkti duomenys aiškiai rodo: jutimais pagrįsta sparno technologija gerokai pranoksta dabartinius povandeninius įrenginius, kai reikia išlaikyti pusiausvyrą staigių trikdžių metu.
Svarbu ir tai, kad sparnas yra ne tik stabilesnis, bet ir ekonomiškesnis: jis reaguoja keturis kartus greičiau nei kiti lankstūs sparnai ir sunaudoja penkis kartus mažiau energijos nei sistemos, kurios formą keičia kaitinimo būdu.
Vis dėlto išlieka iššūkių, susijusių su šios technologijos pritaikymu dideliems, giliavandeniams laivams.
Nepaisant to, sprendimas gali atverti kelią saugesniems ir manevringesniems robotams tyrinėtojams, galintiems įveikti itin stiprią povandeninę turbulenciją neišeikvojant baterijų vien pastangoms išlikti numatytame kelyje.
