Tim istraživača je oborio sopstveni rekord za najbržeg plivajućeg mekog robota, crpeći inspiraciju iz manta zraka kako bi poboljšali svoju sposobnost da kontrolišu kretanje robota u vodi.
„Pre dve godine demonstrirali smo vodenog mekog robota koji je bio u stanju da dostigne prosečnu brzinu od 3,74 dužine tela u sekundi“, kaže Jie Iin, dopisni autor novog rada o radu i vanredni profesor mašinstva i vazduhoplovstva na North Državni univerzitet Karolina.
„Poboljšali smo taj dizajn. Naš novi mekani robot je energetski efikasniji i dostiže brzinu od 6,8 dužina tela u sekundi. Pored toga, prethodni model je mogao da pliva samo po površini vode. Naš novi robot je sposoban da pliva gore-dole kroz vodeni stub“.
Najnovije istraživanje objavljeno je u časopisu Science Advances.
Mekani robot ima peraje u obliku manta raže i napravljen je od materijala koji je stabilan kada su peraja široko raširena. Peraje su pričvršćene za fleksibilno silikonsko telo koje sadrži komoru koja se može pumpati sa vazduhom. Naduvavanje vazdušne komore tera peraje da se savijaju – slično hodu nadole kada manta zamahne perajima. Kada se vazduh pusti iz komore, peraja se spontano vraćaju u početni položaj.
„Upumpavanje vazduha u komoru uvodi energiju u sistem“, kaže Haitao King, prvi autor rada i dr. student u državi NC. „Reba žele da se vrate u svoje stabilno stanje, tako da oslobađanje vazduha takođe oslobađa energiju u perajima. To znači da nam je potreban samo jedan aktuator za robota i omogućava brže aktiviranje.“
Proučavanje dinamike fluida manta zraka takođe je igralo ključnu ulogu u kontroli vertikalnog kretanja mekog robota.
„Posmatrali smo kretanje manta zraka i bili smo u mogućnosti da oponašamo to ponašanje kako bismo kontrolisali da li robot pliva prema površini, pliva nadole ili održava svoju poziciju u vodenom stubu“, kaže Jiacheng Guo, koautor knjige. rad i doktorat. student na Univerzitetu Virdžinije.
„Kada zraci mante plivaju, proizvode dva mlaza vode koji ih pomeraju napred. Mante menjaju svoju putanju menjajući svoje plivajuće kretanje. Usvojili smo sličnu tehniku za kontrolu vertikalnog kretanja ovog robota za plivanje. Još uvek radimo na tehnikama koje će nam dati finu kontrolu nad bočnim pokretima.“
„Konkretno, simulacije i eksperimenti su nam pokazali da je silazni mlaz koji proizvodi naš robot snažniji od njegovog uzlaznog mlaza“, kaže Iuanhang Zhu, koautor rada i asistent profesora mašinstva na Univerzitetu Kalifornije, Riverside. „Ako robot brzo zamahne perajima, podići će se nagore. Ali ako usporimo frekvenciju aktiviranja, to omogućava robotu da lagano potonu između mahanja perajima – omogućavajući mu da zaroni naniže ili pliva na istoj dubini.“
„Još jedan faktor koji dolazi u obzir je da napajamo ovog robota komprimovanim vazduhom“, kaže Ćing. „To je relevantno jer kada su peraja robota u mirovanju, vazdušna komora je prazna, što smanjuje uzgonu robota. A kada robot polako maše perajima, peraja su češće u mirovanju. Drugim rečima, što brže zakrilce robot njegova peraja, što je vazdušna komora duže puna, čineći je plovnijom.“
Istraživači su demonstrirali funkcionalnost mekog robota na dva različita načina. Prvo, jedna iteracija robota je bila u stanju da se kreće niz prepreka postavljenih na površini i podu rezervoara za vodu. Drugo, istraživači su pokazali da je nevezani robot bio sposoban da vuče teret na površinu vode, uključujući sopstveni vazduh i izvor energije.
„Ovo je visoko projektovan dizajn, ali osnovni koncepti su prilično jednostavni“, kaže Jin. „Sa samo jednim ulazom za aktiviranje, naš robot može da se kreće kroz složeno vertikalno okruženje. Sada radimo na poboljšanju bočnog kretanja i istražujemo druge načine aktiviranja, koji će značajno poboljšati mogućnosti ovog sistema. Naš cilj je da to uradimo sa dizajn koji zadržava tu elegantnu jednostavnost.“
Rad su koautori Iinding Chi i Iaoie Hong, bivši dr. studenti u državi NC; i Daniel Kuinn i Haibo Dong iz UVA.
