Ученые из США создали масштабируемого робота-рыбу, размеры которого можно изменять в зависимости от поставленных задач. Статья опубликована в журнале npj Robotics.
Традиционные подводные аппараты с гребными винтами сталкиваются с ограничениями при работе на мелководье. Вращающиеся лопасти запутываются в водорослях, поднимают осадок со дна и отпугивают водную фауну. Инженеры обратились к биомиметике, создавая устройства, которые имитируют движения живых организмов. Однако большинство роботов-рыб проектируются под конкретный размер, что затрудняет их применение в разных условиях.
Команда специалистов представила робота ScaFi, движения которого копируют плавание трески и скумбрии. Передняя часть аппарата выполнена из жестких материалов и содержит приводной механизм. Хвостовой отдел состоит из гибких стержней, изготовленных из стекловолокна. Один двигатель управляет двумя сухожилиями, создавая S-образный изгиб для перемещения в воде.
Испытания прототипов
При изменении масштаба устройства инженерам требуется корректировать только диаметр стержней. Базовый механизм двигателя и система сухожилий остаются неизменными для аппаратов любых габаритов. Исследователи создали три прототипа длиной 0,6 метра, 1,1 метра и 2,9 метра. Тестирование показало, что характер плавательных движений сохраняется даже при пятикратном увеличении длины корпуса.
Полевые испытания аппаратов проводились в различных водных условиях на территории Швейцарии. Робот среднего размера тестировался в проточной воде реки, продемонстрировав способность двигаться при потере сигнала GPS. Крупный аппарат проходил испытания на акватории Женевского озера. Компактная модель успешно маневрировала в ручьях глубиной от 15 до 30 см.
Специалисты проанализировали энергоэффективность роботов разных размеров. Два небольших аппарата показали сходные результаты потребления энергии при движении. Крупный дрон оказался менее эффективным и потребовал установки мощного силового агрегата. Авторы исследования связывают эти потери с возросшим гидродинамическим сопротивлением и инерцией корпуса.
Габариты роботов напрямую повлияли на их устойчивость и маневренность в водной среде. Компактная модель продемонстрировала высокую ловкость, но медленно восстанавливала курс после столкновений с препятствиями. Крупные аппараты отличались стабильностью, хотя уступали в маневренности в узких пространствах. Разработчики планируют применить подобный метод масштабирования для проектирования сухопутных роботизированных механизмов.
Ранее в Китае создали робота-ската с мышцами лягушки.