水中ロボットはイカのように泳ぐように教えられました

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水中ロボットはイカのように泳ぐように教えられました
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Anonim
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アメリカのエンジニアは、周囲の水を使ってジェットウォータージェットを作成することでイカの動きを模倣する水鳥ロボットのプロトタイプを開発しました。デバイスの本体は、電気モーターによって駆動されるメカニズムを使用して、体積と断面積を周期的に変更できます。各サイクルで、外殻の弾性変形により、本体の体積が増加し、水で満たされます。その後の急速な圧縮により、ハウジングの背面にあるノズルから水の流れが押し出され、ジェット推力が発生します。ロボカルマーは、毎秒18.4センチメートルの最大平均速度、毎秒約32センチメートルの瞬間速度、および0.19ニュートンの牽引力を発生させることができました。ジャーナルBioinspirationand Biomimeticsに掲載された記事によると、将来的には、このデバイスを水中研究に使用したり、たとえば水サンプルを収集したりすることができます。

柔らかい素材で作られたロボットは、物体や環境との注意深く安全な相互作用が必要な場合に効果的に使用できます。しかし、構造物の剛性が不十分なため、ロボットの可動要素への衝撃の伝達が遅れるため、空間内をすばやく移動することが困難になります。特に、移動性と操作性の低さの問題は、水生環境のソフトロボットに関連しています。

カレブクリスチャンソンが率いるカリフォルニア大学サンディエゴ校のエンジニアは、この問題を解決するためにイカの海の頭足類が動く方法を借りました。これらの生き物は、硬い骨格のない弾力性のある体を持っていますが、水中をすばやく移動し、革の折り畳みマントルによって形成された空洞に水を周期的に引き込み、特別な穴から押し出します。

ロボットの設計により、イカの外套膜の働きをシミュレートし、本体の中央部の体積と断面積を変更することが可能になり、ジェット気流の放出だけでなく、効果的な動きを実現することができます。しかしまた、体の周りの液体の加速された動きに関連し、その形状に応じて追加された質量の影響のために…開発者は、完全にソフトなロボットの概念から離れ、3D印刷を使用して作成され、スケルトンとして機能する2つのポリラクチドボードの形で剛性要素を追加しました。ボードの端には、スプリングとボディリブの役割を同時に果たす複合材料G10で作られた柔軟な弾性クロスバーと、歯付きラックとギア付きの電気モーターで構成される機械式ドライブが取り付けられています。 。

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イカのジェットウォータージェットの形成の図とロボット機構の動作の図:水で満たしてジェットを放出する

プレートの1つにノズルがあり、構造全体の上部が特殊なエラストマーの「スキン」で覆われています。これにより、内部の体積が制限され、圧縮サイクル中の変形中に蓄積されるエネルギーの約27%が寄与します。 。

密閉された透明なプラスチック容器には、自律ナビゲーション用の電源と制御システムが収納されており、開発者によると、必要に応じて、追加のセンサーとカメラをそこに配置できます。

機構の動作の各サイクル中に、歯車が歯付きラックに沿って移動する電気モーターの動作により、最初に圧縮が実行されます。ボードは互いに向かって移動し、ケースのリブと弾性シェルを外側に曲げます。これにより、ケースの中央部分の体積が増加し、水で満たされます。歯車がラックに接続されなくなるポイントに達すると、リブとシェルの蓄積された弾性エネルギーが解放され、水がジェット気流の形で内部から外部に放出されます。その後、サイクルが繰り返されます。

エンジニアは、カリフォルニア大学サンディエゴ校のスクリップス海洋研究所にある実験用タンクと大規模な塩水バーチ水族館でプロトタイプの機能をテストしました。 Robocalmarは、18.4センチメートル/秒(0.54体長/秒)の最大平均速度と32.1センチメートル/秒(0.94体長/秒)の最大瞬間速度に達しました。ロボットのジェットプロペラによって発生した最大推力の測定値は、0.19ニュートンの値を示しました。さらに、計算によると、自由浮動では、追加された質量の影響により、この値は約0.1ニュートン増加するはずです。推力ベクトルの偏差を固定した実験では、毎秒約50度の角速度が達成されました。

ロボットカルマーのプロトタイプは信頼性が高く、修理前に約5,000回の削減サイクルを実行しましたが、作業の著者によると、この数値は他の材料を使用することで改善できます。さらに、プロトタイプの次のバージョンでは、エンジニアは推力ベクトルを完全に制御する機能を追加する予定です。

先ほど、カリフォルニア大学サンディエゴ校のエンジニアの別の開発について話しました。彼らは、ウナギのように全身で水の中をうごめくことができる、柔らかく透明な水中ロボットを構築しました。

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