Laboratorul inginerului mecanic Raphael Zufferey de la MIT conține un rezervor uriaș umplut cu apă turcoaz strălucitoare, o serie de ventilatoare care pot provoca un vânt puternic și roboți mici zburători așezați oriunde vă uitați.
Roboții sunt vedetele spectacolului de aici și sunt inspirați de păsări marine scufundări precum puffinul Atlantic, care își folosește aripile atât pentru a zbura, cât și pentru a înota.
„Acești puffini rezolvă această sarcină cu adevărat provocatoare de a se mișca în aer, în apă, în ciuda diferenței uriașe de densitate”, spune Zufferey.
El și colegii săi au vrut să vadă dacă ar putea construi un robot de mărimea unei păsări care să se poată deplasa și prin ambele medii și să facă tranziția între ele. Este ceva ce nimeni nu mai făcuse până acum.
Într-o lucrare publicată joi în jurnal, ei descriu ingineria unui astfel de robot aer-acvatic. Cântărește aproximativ o jumătate de kilogram și anvergura aripilor nu măsoară chiar trei picioare, de la vârf la vârf.
„Acesta este un robot frumos”, spune Glenna Clifton, un biolog al mișcării animalelor de la Universitatea Portland din Oregon, care colaborează cu roboticieni, dar nu a fost implicat în acest proiect de cercetare. Ea spune că robotul oferă informații despre ceea ce face ca biologia zborului păsărilor scufundatoare să fie unică.
De asemenea, are multe aplicații potențiale, inclusiv observarea oceanului de coastă și monitorizarea a ceva ca un recif de corali îndepărtat. Robotul ar putea zbura către recif – sau altceva, cum ar fi o păstă de balene sau o înflorire de alge – și apoi să probeze apă și să colecteze date.
Astfel de roboți bio-inspirați sunt un teren fertil pentru a învăța atât despre natură, cât și despre inginerie. „Biologia inspiră robotica”, spune Clifton, „dar apoi și robotica este folosită pentru a înțelege biologia”.
Proiectarea unui robot nou
Crearea acestui robot a durat doi ani. „Gândirea la o aripă care ar putea funcționa atât în aer, cât și în apă, oarecum eficient, pare neplauzibil”, își amintește Zufferey.
Dar el și colegii săi nu s-au descurajat. Ei au bazat planul general al corpului robotului pe o pasăre care se scufundă, dar au făcut câteva plecări cheie.
În primul rând, au decis să nu includă niciun picior, deoarece în robotică, picioarele sunt dificil de construit, controlat și realizat mișcarea dorită în robot. „În schimb, ne-am gândit, „putem merge din apă direct în aer pur și simplu cu aripile în sine?””, spune Zufferey.
În al doilea rând, echipa de cercetare a decis să nu facă acele aripi pliabile, așa cum sunt la multe păsări care se scufundă. Ar fi fost prea complex, spune Zufferey. „Trebuie să adăugați articulații, trebuie să adăugați motoare. Deci, în schimb, ne bazăm pe flexibilitatea aripilor”.
El ridică robotul final. Este elegant. Corpul central, care găzduiește motorul și bateria este complet deschis, ceea ce înseamnă că intestinele sale electronice sunt vizibile.
„Deci apa inundă întregul sistem aici”, explică Zufferey. „Trebuie să impermeabilizați, individual, fiecare componentă.” O astfel de abordare permite robotului să fie atât suficient de ușor pentru a zbura cu ușurință prin aer, cât și flotant neutru, ceea ce înseamnă că nu va pluti la suprafață sau nu se va scufunda în fund. Doar rămâne pus în apă.
Robotul are o coadă pentru a-l ajuta să zboare. Aripile sunt realizate dintr-o țesătură de nailon translucidă întărită cu lonjeroane din fibră de carbon. Zufferey ține corpul robotului în timp ce aripile acestuia bat în sus și în jos rapid și rapid. „Puteți simți cu adevărat forțele”, spune el.
Robotul bate de cinci până la șase ori pe secundă pentru a menține zborul. Cu toate acestea, pentru a părăsi apa și a se propulsa în aer, trebuie să-și miște aripile de zece ori pe secundă pentru a genera viteză și forță suficientă.
Majoritatea păsărilor care se scufundă nu pot genera acest tip de putere numai cu aripile lor, motiv pentru care decolează folosind picioarele pentru a alerga de-a lungul suprafeței apei. (Martianul este o excepție, dar este o pasăre deosebit de ușoară, spune Zufferey.)
„Un pas monumental”
Zufferey afișează un videoclip pe care el și colegii săi l-au filmat pe lacul Geneva din Elveția. Alpii se ridică în depărtare și suprafața apei este calm.
Există cea mai mică valuri înainte ca robotul să iasă din apă și să iasă în aer – totul în mai puțin de o secundă. De fapt, sună ca o pasăre care își ia zborul.
Cercetătorii au calculat unghiurile optime de lansare și dimensiunea aripilor. Și ei estimează că, cu o singură încărcare, robotul ar putea zbura nu chiar patru mile sau să înoate puțin mai mult de o milă, „care este mai lungă decât porțiunea de alergare și înot a unui triatlon de sprint”, observă Clifton.
A fost impresionată de robot în general. „Este ușor și puternic și un pas monumental în performanță atât la înot, la zbor și la tranziția între cele două”, spune ea.
Pe drum, Zufferey este încântat de utilizarea acestui tip de robot pentru o gamă largă de aplicații, inclusiv monitorizarea înfloririi algelor dăunătoare, a stocurilor de pești și a eroziunii de coastă. El plănuiește să echipeze dispozitivul cu o mână de senzori la bord pentru a permite o astfel de colectare de date.
În plus, Zufferey și echipa sa continuă să-și perfecționeze și să-și îmbunătățească roboții aerian-acvatici – perfecționați de experimente, dar încă inspirați de lumea naturală. „Vedeți că s-a făcut deja în biologie”, spune el.
„Deci asta îți dă speranță ca cercetător în robotică. Îți spune că ar trebui să fie posibil”.
