TECNOLOGIA: UNA NUOVA GENERAZIONE DI DRONI ACQUATICI, COME PESCI ROBOT

 

I ricercatori della School of Engineering dell'Università della Virginia scoprono i segreti del nuoto altamente efficiente a velocità variabili. Una coda di pesce robotica e un elegante rapporto matematico potrebbero informare il design dei droni subacquei di prossima generazione.

I veicoli subacquei sono generalmente progettati per una velocità di crociera e sono spesso inefficienti ad altre velocità. La tecnologia è rudimentale rispetto al modo in cui i pesci nuotano bene, veloci o lenti.

E se volessi che il tuo veicolo subacqueo viaggi velocemente attraverso miglia di oceano, poi rallenti per mappare una stretta barriera corallina, o acceleri fino al sito di una fuoriuscita di petrolio, quindi accelera indietro per prendere misurazioni accurate?

Dan Quinn, un assistente professore presso la School of Engineering and Applied Science dell'Università della Virginia, e il suo collega, il recente dottorato di ricerca UVA. Qiang Zhong, ricercatore laureato e postdottorato, ha scoperto una strategia chiave per consentire questo tipo di missioni multivelocità. Hanno dimostrato un modo semplice per implementare questa strategia nei robot, che potrebbe in definitiva informare la progettazione dei veicoli sottomarini. Il loro lavoro è stato recentemente pubblicato su Science Robotics.

Quando si progettano robot per il nuoto, una domanda che continua a sorgere per i ricercatori è quanto dovrebbe essere rigido il pezzo che spinge i robot attraverso l'acqua. È una domanda difficile, perché la stessa rigidità che funziona bene in alcune situazioni può fallire miseramente in altre.

'Avere una rigidità della coda è come avere un rapporto di trasmissione su una bicicletta', ha detto Quinn, che ricopre incarichi congiunti in ingegneria meccanica e aerospaziale e ingegneria elettrica e informatica. “Saresti efficiente solo a una velocità. Sarebbe come attraversare San Francisco in bicicletta con una bici a scatto fisso; Saresti esausto dopo pochi isolati.'

È probabile che i pesci risolvano questo problema regolando la loro rigidità in tempo reale: impostano diversi livelli di rigidità a seconda della situazione.

Il problema è che non esiste un modo noto per misurare la rigidità di un pesce che nuota, quindi è difficile sapere se e come i pesci lo stiano facendo. Quinn e Zhong hanno risolto questo problema combinando fluidodinamica e biomeccanica per derivare un modello su come e perché la rigidità della coda dovrebbe essere regolata.

'Sorprendentemente', ha detto Quinn, 'da tutta la matematica è emerso un semplice risultato: la rigidità dovrebbe aumentare con il quadrato della velocità di nuoto.

“Per testare la nostra teoria, abbiamo costruito un robot simile a un pesce che utilizza un tendine artificiale programmabile per regolare la rigidità della propria coda mentre nuota in un canale d'acqua. Quello che è successo è che improvvisamente il nostro robot è riuscito a nuotare a una gamma più ampia di velocità utilizzando quasi la metà dell'energia dello stesso robot con una coda a rigidità fissa. Il miglioramento è stato davvero notevole.”

'Il nostro lavoro è il primo che combina biomeccanica, fluidodinamica e robotica per studiare in modo completo la rigidità della coda, il che aiuta a svelare il mistero di lunga data su come la rigidità della coda influenzi le prestazioni di nuoto', ha affermato Zhong. “Ciò che è ancora più fantastico è che non ci concentriamo solo sull'analisi teorica, ma anche sulla proposta di una guida pratica per la rigidità sintonizzabile. La nostra strategia di rigidità sintonizzabile proposta si è dimostrata efficace in missioni di nuoto realistiche, in cui un pesce robot ha raggiunto l'alta velocità e l'alta efficienza nuotando contemporaneamente.

Ora che il team ha modellato i vantaggi della rigidità regolabile, estenderà il proprio modello ad altri tipi di nuoto. Il primo robot è stato progettato come un tonno; Ora il team sta pensando a come passare a delfini oa girini. Stanno anche costruendo un robot che emula i movimenti ondulatori delle razze.

“Non credo che finiremo presto i progetti. Ogni animale acquatico che abbiamo osservato ci ha fornito nuove idee su come costruire robot nuotatori migliori. E ci sono molti più pesci nel mare', ha detto Quinn.

Da: Scitech Daily

- Eyes Bio