Većina sveta je prekrivena okeanima, koji su nažalost veoma zagađeni. Jedna od strategija za borbu protiv gomila otpada koji se nalaze u ovim veoma osetljivim ekosistemima – posebno oko koralnih grebena – je da se uposle roboti da savladaju čišćenje. Međutim, postojeći podvodni roboti su uglavnom glomazni sa krutim telima, nesposobni da istražuju i uzorkuju u složenim i nestrukturiranim okruženjima, i bučni su zbog električnih motora ili hidrauličnih pumpi.
Za prikladniji dizajn, naučnici sa Instituta Maks Plank za inteligentne sisteme (MPI-IS) u Štutgartu tražili su inspiraciju u prirodi. Konfigurisali su robota koji je inspirisan meduzama, svestran, energetski efikasan i skoro bez buke, veličine ruke. Jellifish-Bot je saradnja između odeljenja za fizičku inteligenciju i robotske materijale u MPI-IS. „Svestrana robotska platforma nalik meduzi za efikasnu podvodnu propulziju i manipulaciju“ objavljena je u časopisu Science Advances.
Da bi napravio robota, tim je koristio elektrohidraulične aktuatore kroz koje struja teče. Aktuatori služe kao veštački mišići koji pokreću robota. Oko ovih mišića nalaze se vazdušni jastuci, kao i meke i krute komponente koje stabilizuju robota i čine ga vodootpornim. Na ovaj način, visoki napon koji prolazi kroz aktuatore ne može doći u kontakt sa okolnom vodom.
Napajanje povremeno obezbeđuje struju kroz tanke žice, uzrokujući da se mišići skupljaju i šire. Ovo omogućava robotu da graciozno pliva i da stvara vrtloge ispod svog tela.
„Kada meduza pliva nagore, može da uhvati predmete na svom putu dok stvara struje oko svog tela. Na taj način može da sakuplja i hranljive materije. Naš robot takođe cirkuliše vodu oko sebe. Ova funkcija je korisna u prikupljanju predmeta kao što su čestice otpada. Zatim može da transportuje leglo na površinu, gde se kasnije može reciklirati. Takođe je u stanju da sakuplja krhke biološke uzorke kao što su riblja jaja. U međuvremenu, nema negativnog uticaja na okolinu. Interakcija sa vodenim vrstama je nežan i skoro bez buke“, objašnjava Tianlu Vang. Zasluge: Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adg0292
On je postdoktor na Odeljenju za fizičku inteligenciju na MPI-IS i prvi autor publikacije.
Njegov koautor Hieong-Joon Joo iz Odeljenja za robotske materijale nastavlja: „Procenjuje se da će 70% morskog otpada potonuti na morsko dno. Plastika čini više od 60% ovog smeća, za koje je potrebno stotine godina da se razgradi. uvideli hitnu potrebu za razvojem robota koji će manipulisati objektima kao što je otpad i transportovati ih prema gore. Nadamo se da bi podvodni roboti jednog dana mogli da pomognu u čišćenju naših okeana.“
Botovi meduze su sposobni da pomeraju i hvataju objekte bez fizičkog kontakta, delujući sami ili sa nekoliko u kombinaciji. Svaki robot radi brže od drugih uporedivih izuma, dostižući brzinu do 6,1 cm/s. Štaviše, Jellifish-Bot zahteva samo malu ulaznu snagu od oko 100 mV.
I bezbedno je za ljude i ribe ako se polimerni materijal koji izoluje robota jednog dana pocepa. U međuvremenu, buka koju proizvodi robot ne može se razlikovati od nivoa pozadine. Na ovaj način Meduza-Bot nežno stupa u interakciju sa svojim okruženjem, a da ga ne uznemirava — baš kao i njegov prirodni pandan.
Robot se sastoji od nekoliko slojeva: neki učvršćuju robota, drugi služe da ga drže na površini ili ga izoluju. Sledeći sloj polimera funkcioniše kao plutajuća koža. Veštački mišići na električni pogon poznati kao HASEL su ugrađeni u sredinu različitih slojeva. HASEL su plastične kese punjene tečnim dielektrikom koje su delimično prekrivene elektrodama. Primena visokog napona na elektrodu naelektriše je pozitivno, dok se okolna voda naelektriše negativno.
Ovo generiše silu između pozitivno naelektrisane elektrode i negativno naelektrisane vode koja gura ulje unutar kesica napred-nazad, uzrokujući da se kesice skupljaju i opuštaju – što podseća na pravi mišić. HASEL-i mogu da izdrže visoke električne napone koje stvaraju naelektrisane elektrode i zaštićeni su od vode izolacionim slojem. Ovo je važno, jer HASEL mišići nikada ranije nisu korišćeni za izgradnju podvodnog robota.
Prvi korak je bio razvoj Meduze-Bota sa jednom elektrodom sa šest prstiju ili ruku. U drugom koraku, tim je podelio jednu elektrodu u odvojene grupe kako bi ih nezavisno aktivirao.
„Postigli smo hvatanje predmeta tako što smo četiri ruke funkcionisale kao propeler, a druge dve kao hvataljka. Ili smo aktivirali samo podskup ruku, kako bismo usmerili robota u različitim pravcima. Takođe smo pogledali kako smo može da upravlja kolektivom od nekoliko robota. Na primer, uzeli smo dva robota i pustili ih da pokupe masku, što je veoma teško samo za jednog robota. Dva robota takođe mogu da sarađuju u nošenju teških tereta. Međutim, u ovom trenutku naš Meduzi-Botu je potrebna žica. Ovo je nedostatak ako zaista želimo da je koristimo jednog dana u okeanu“, kaže Hieong-Joon Joo.
Možda će žice koje napajaju robote uskoro biti stvar prošlosti. „Cilj nam je da razvijemo bežične robote. Srećom, postigli smo prvi korak ka ovom cilju. Ugradili smo sve funkcionalne module kao što su baterija i delovi bežične komunikacije kako bismo omogućili buduću bežičnu manipulaciju,“ nastavlja Tianlu Vang.
Tim je pričvrstio jedinicu za plovnost na vrhu robota i bateriju i mikrokontroler na dnu. Zatim su svoj izum uzeli za kupanje u jezeru kampusa Maks Plank u Štutgartu, i mogli su ga uspešno voditi. Do sada, međutim, nisu mogli da usmere bežičnog robota da promeni kurs i pliva na drugu stranu. Poznavajući tim, neće trebati dugo da se postigne ovaj cilj.
