Robots balstās uz ieskatu Atlantijas Razor Clam dinamikā

Atlantijas žilete patērē ļoti maz enerģijas, lai lielā ātrumā ieraktos zemūdens augsnē. Tagad detalizēts ieskats par to, kā dzīvnieks rok, ir radījis robotizētu gliemežu, kas var veikt to pašu triku.

Ierīci, kas pazīstama kā RoboClam, varētu izmantot, lai ieraktos zemē, lai apraktu enkurus vai iznīcinātu zemūdens mīnas, uzskata tās izstrādātājs Amoss Vinters, Roberta N. Noisa karjeras attīstības asistents mašīnbūves jomā.

Skūšanās gliemene (pa kreisi) un RoboClam. Fotoattēlu autors Donna Coveny.

Neskatoties uz cieto apvalku, Atlantijas žilete (Ensis directus) var pārvietoties pa augsni ar ātrumu 1 centimetrs sekundē. Turklāt dzīvnieks spēj izrakt līdz 0,5 kilometriem, izmantojot tikai AA akumulatorā esošo enerģijas daudzumu. Gliemenes triks ir pārvietot tās čaumalas tā, lai sašķidrinātu augsni ap ķermeni, samazinot pretestību, kas uz to iedarbojas, saka Vinters. Tas nozīmē, ka čaumalas ievilkšanai augsnē ir nepieciešams daudz mazāks spēks, nekā tas būtu vajadzīgs, pārvietojoties pa statisku augsni.

Lai izstrādātu robotu, kas spēj veikt to pašu triku, Vinteram un viņa līdzizstrādātājam Anetei Hosoi, mašīnbūves un lietišķās matemātikas profesorei MIT, bija jāsaprot, kā gliemenes kustība izraisa augsnes sašķidrināšanu vai pārvēršanos plūstošās smiltīs. tā apvalks. Tagad rakstā, kas tiks publicēts žurnālā Bioiedvesma un biomimētika , pētnieki pirmo reizi atklāj šī procesa mehāniku un apraksta, kā viņu robots spēj atdarināt šo darbību.

Aktīvo smilšu mehānika

Kad žilete sāk rakt, tā vispirms ievelk čaulu, atbrīvojot spriedzi starp ķermeni un augsni ap to. Tas izraisa augsnes sabrukšanu, radot lokālu zemes nogruvumu ap dzīvnieku. Tā kā gliemene turpina sarukt, samazinot savu tilpumu, tā iesūc ūdeni šajā bojātās augsnes reģionā. Ūdens un smilšu daļiņas sajaucas, veidojot šķidru substrātu – plūstošās smiltis.

Bet laiks ir izšķirošs. Ja gliemene pārāk lēni pārvietotu savu čaumalu, smilšu daļiņas sabruktu ap dzīvnieku, neplūstot, saka Vinters. Taču, ja gliemene kustētos pārāk ātri, tas nedotu smilšu daļiņām pietiekami daudz laika sajaukties ar garām plūstošo ūdeni, un tās vienkārši paliktu nekustīgas. Mūsu dati parādīja, ka bija ļoti pēkšņa pāreja no spējas šķidrināt augsni uz augsnes daļiņu nepārvietošanu vispār, viņš saka.

Lai izstrādātu zemas enerģijas enkurošanas sistēmu, kas šādā veidā var radīt plūstošās smiltis, pētnieki uzbūvēja mehānisku leļļu gliemežnīcu, kas sastāv no divām pusēm, kas var pārvietoties kopā un atsevišķi līdzīgi kā akordeons. Leļļu gliemene ir savienota ar stieni, kas var atvērt un aizvērt čaumalu un stumt to uz augšu un uz leju, radot tādas pašas kontrakcijas, kādas var sasniegt dzīvnieks.

Lai atvieglotu RoboClam prototipa testēšanu sālsūdenī, pētnieki izmantoja saspiesta gaisa sistēmu, lai nodrošinātu čaulu izplešanos un saraušanos. Ziemas komanda tagad izstrādā elektronisku versiju, kas padarīs to saderīgu lietošanai ar zemūdens transportlīdzekļiem, ko izstrādājis komandas sponsors Bluefin Robotics, MIT spinout, kas atrodas Kvinsijā, Masači.

Enerģiju taupošs enkurojums

Vinters pirmo reizi sāka izstrādāt RoboClam savam doktora grādam 2006. gadā kopā ar Hosoi. Pētnieki vēlējās atrast veidu, kā noenkurot autonomos zemūdens transportlīdzekļus jūras gultnē vai upes gultnē, nepatērējot daudz enerģijas. Robotu transportlīdzekļiem ir ierobežota akumulatora jauda, ​​tāpēc jebkura noenkurošanas sistēmas patērētā enerģija samazinātu ierīces darbības laiku.

Iespējams, jūs izmantojat šos transportlīdzekļus straumē un tiem ir jābūt nekustīgiem, piemēram, lai uzraudzītu bioloģisko situāciju vai militāriem nolūkiem, saka Vinters. Jūs nevēlaties, lai transportlīdzeklis nepārtraukti grieztu dzenskrūves, lai paliktu vienā vietā, jo tas vienkārši tērē enerģiju, tāpēc būtu jauki, ja jūs varētu vienkārši izvietot enkuru un saglabāt savu pozīciju, netērējot enerģiju.

Papildus zemūdens transportlīdzekļu noenkurošanai un mīnu detonēšanai RoboClam varētu izmantot arī zemūdens kabeļu novietošanai, saka Vinters. Uzņēmumi, kas iegulda transatlantiskos kabeļus, tradicionāli izmanto kuģi, lai vilktu ragavas pa okeāna dibenu, lai izraktu siles, novietotu kabeli un pārklātu to. Tomēr, kad okeāna ūdens dziļums samazinās līdz 10 metriem vai mazāk, tas kļūst pārāk sekls, lai kuģi varētu pārvietoties. Tas nozīmē, ka nirējiem ir jāuzņemas kabeļu ieguldīšana un aprakšana, kas ir gan laikietilpīga, gan dārga. Būtu lieliski, ja būtu sistēma, kas varētu vienkārši nofiksēties pie kabeļa, darboties un automātiski ierakt to augsnē, saka Vinters.

Daniels Goldmens, Džordžijas Tehnoloģiju institūta fizikas asociētais profesors, kurš nebija iesaistīts pētījumā, saka, ka dokumentā ir ietverta skaista bioloģijas un robotikas integrācija. Tas izmanto atziņas no augsnes fizikas, lai veicinātu mūsu izpratni par biomehāniku, kas slēpjas aiz iespaidīga organisma pārvietošanās varoņdarba — vertikālas rakšanas augsnē, saka Goldmens.

Atklājot principu, kas slēpjas šīs spējas pamatā - lokalizēta plūstamība, pētnieki spēj dot līdzīgas spējas robotizētam rakšanas gliemenim RoboClam. Viņš piebilst, ka robota izpēte sniedz dziļāku ieskatu svarīgajā mehānikā, kas ir saistīta ar urbšanu, izmantojot lokalizētu fluidizāciju.

paslēpties