ربات آبی الهام‌گرفته از کرم‌های پهن که با طبیعت هماهنگ شنا می‌کند

1

توانایی ربات‌ها برای حرکت در محیط‌های آبی برای کاربردهای مختلفی از جمله نقشه‌برداری از سطح آلودگی و نظارت بر سلامت صخره‌های مرجانی بسیار حیاتی است. با این حال، چالش‌هایی در این مسیر باقی می‌ماند.

چالش‌های حرکت ربات‌های آبی
پروانه‌های پر سر و صدای این دستگاه‌های زیرآبی می‌توانند باعث ایجاد آشفتگی‌های غیرضروری شده و حتی به حیات وحش آسیب برسانند.

علاوه بر این، موانع طبیعی موجود در این محیط‌های آبی – مانند گیاهان، حیوانات زیرآبی و زباله‌های شناور – توانایی مسیریابی این ربات‌های شناگر را به چالش می‌کشند.

ربات کوچک با پتانسیل بزرگ

یک تیم از متخصصان راهکاری نوآورانه برای حل این مشکلات ارائه کرده‌اند. آن‌ها یک ربات جمع‌وجور و چابک ساخته‌اند که قادر است در گوشه‌های تنگ حرکت کند و بارهایی بسیار سنگین‌تر از وزن خود را حمل کند.

به‌طور شگفت‌انگیزی، این ربات آبی کوچک‌تر از یک کارت اعتباری است و تنها ۶ گرم (۰.۲ اونس) وزن دارد.

این دستگاه کوچک برای کار در محیط‌های محدود طراحی شده است و آن را برای وظایفی مانند بازرسی ماشین‌آلات آبی و مطالعه اکوسیستم‌های آبی در فضاهای فشرده، مانند مزارع برنج، ایده‌آل می‌کند.

چالش‌های ساخت ربات آبی
هربرت شی، رئیس آزمایشگاه مبدل‌های نرم EPFL، درباره چالش‌های توسعه ربات‌های آبی توضیح داد:

“در سال ۲۰۲۰، تیم ما ربات‌هایی خودمختار در ابعاد حشرات را که می‌خزیدند معرفی کرد، اما ساخت ربات‌های فوق‌نازک و بدون سیم برای محیط‌های آبی چالشی کاملاً جدید بود. ما مجبور شدیم از صفر شروع کنیم و محرک‌های نرم قوی‌تر، استراتژی‌های جدید حرکتی موجی، و الکترونیک ولتاژ بالا و فشرده را توسعه دهیم.”

حرکت الهام‌گرفته از کرم‌های پهن دریایی

این ربات برخلاف سیستم‌های سنتی مبتنی بر پروانه، با استفاده از باله‌هایی که به‌طور بی‌صدا به حالت موجی حرکت می‌کنند، به جلو پیش می‌رود.

این طراحی نوآورانه، همراه با ساختار فوق‌سبک آن، به ربات اجازه می‌دهد تا روی سطح آب شناور شود و بدون ایجاد مزاحمت، به‌طور طبیعی با محیط خود ترکیب شود.

حرکت سریع‌تر از موجودات طبیعی
فلوریان هارتمن، پژوهشگر سابق EPFL که اکنون رهبر یک گروه تحقیقاتی در مؤسسه ماکس پلانک برای سیستم‌های هوشمند در اشتوتگارت آلمان است، دیدگاه جالبی ارائه داد:

“طراحی ما صرفاً تقلیدی از طبیعت نیست، بلکه از آنچه موجودات طبیعی قادر به انجامش هستند، فراتر می‌رود.”

با نوسان باله‌های خود تا ۱۰ برابر سریع‌تر از کرم‌های پهن دریایی، این ربات شناگر جدید به سرعت قابل‌توجهی معادل ۱۲ سانتی‌متر (۴.۷ اینچ) در ثانیه دست می‌یابد که برابر با ۲.۶ برابر طول بدن خود در هر ثانیه است.

با چهار عضله مصنوعی که باله‌ها را به حرکت درمی‌آورند، این ربات توانایی مانور بی‌سابقه‌ای دارد و می‌تواند به‌طور کنترل‌شده به عقب و طرفین شنا کند.

کاربردهای بالقوه ربات‌های آبی

محققان یک سیستم کنترل فشرده طراحی کرده‌اند که می‌تواند محرک‌های ربات را با ولتاژی تا ۵۰۰ ولت و توان ۵۰۰ میلی‌وات – چهار برابر کمتر از یک مسواک برقی – شارژ کند.

با وجود استفاده از ولتاژ بالا، جریان پایین و مدارهای محافظت‌شده این ربات کوچک باعث می‌شود که برای محیط اطراف خود کاملاً ایمن باشد.

رباتی با “چشمان” هوشمند
حسگرهای نوری این ربات مانند چشم‌های آن عمل می‌کنند و به آن اجازه می‌دهند که منابع نوری زیر آب را به‌طور خودکار شناسایی و دنبال کند.

کاربردهای احتمالی این ربات شناگر شامل مطالعات زیست‌محیطی، ردیابی آلودگی و کشاورزی دقیق است. اما محققان هنوز کار روی این ربات را به پایان نرسانده‌اند.

“ما قصد داریم زمان کارکرد ربات را افزایش دهیم و سطح خودمختاری آن را بهبود بخشیم. بینش‌های اساسی که از این پروژه به‌دست آورده‌ایم، نه‌تنها علم رباتیک الهام‌گرفته از زیست‌شناسی را پیش می‌برد، بلکه پایه‌گذار سیستم‌های رباتیکی کاربردی، واقعی و هماهنگ با طبیعت خواهد شد.” – هارتمن

آینده رباتیک الهام‌گرفته از زیست‌شناسی

تیم تحقیقاتی اکنون قصد دارد قابلیت‌های این ربات آبی کوچک را گسترش دهد. آن‌ها به دنبال ادغام حسگرهای پیشرفته‌تر، بهبود عمر باتری، و ارتقای تصمیم‌گیری خودکار آن هستند.

چشم‌اندازهای آینده
نسخه‌های آینده ممکن است به ناوبری پیشرفته مبتنی بر هوش مصنوعی مجهز شوند، که به این شناگران کوچک اجازه می‌دهد مانند گروه‌های ماهی با یکدیگر همکاری کنند و ارزیابی‌های زیست‌محیطی را در مقیاس وسیع انجام دهند.

در زمینه کشاورزی دقیق، چنین ربات‌هایی می‌توانند در نظارت بر سیستم‌های آبیاری و شناسایی عدم تعادل مواد مغذی در محصولات غرقابی کمک کنند.

همچنین ممکن است در بازرسی زیرساخت‌های زیرآبی نقش داشته باشند و به شناسایی نشت لوله‌ها یا ارزیابی وضعیت مزارع بادی فراساحلی کمک کنند.

با ترکیب فناوری پیشرفته رباتیک و الهام‌گیری از طبیعت، محققان نه‌تنها در حال غلبه بر چالش‌های دیرینه کاوش در محیط‌های آبی هستند، بلکه راه را برای نسل جدیدی از سیستم‌های رباتیک هوشمند، سازگار و هماهنگ با محیط‌زیست هموار می‌کنند.

منبع اصلی پژوهش

مطالعه کامل این تحقیق در مجله Science Robotics منتشر شده است.

📷 اعتبار تصویر: © EPFL-LMTS