Robotunkat a közönséges holdmedúza ihlette. Willyam Bradberry / Shutterstock
A Föld érintetlen és érintetlen pusztaságának utolsó területei közül néhány a tengerek alatt létezik. Ezeket a tengeri ökoszisztémákat mégis fenyegetik a mélytengeri bányászati projektek, az olajfúrótornyok és a tengeri szélerőművek. Amikor ezeket a létesítményeket felépítik és fenntartják, hajlamosak károsítani a körülöttük lévő gazdag ökológiai hálózatokat.
Robotikusok és mérnökök azon dolgoznak, hogy megoldják ezt a problémát, és új módszereket keresnek olyan gépek létrehozására, amelyek segíthetnek a növekvő offshore ipar tenger alatti komponenseinek javításában, karbantartásában vagy ellenőrzésében. Thierry Bujard és Gabriel Weymouth a Southamptoni Egyetem munkatársainak vezetésével csapatom megoldást talált ehhez a problémához olyan víz alatti robotokat terveznek, amelyeket a természet legokosabb úszói inspiráltak: az ultrahatásos holdmedúza.
A hagyományos vízi robotokat két fő célra tervezték: a hatékony, távolsági navigáció a nyílt vízi szakaszokon, valamint a merülési struktúrák közelében nagy irányíthatóságot igénylő feladatokhoz. Mindkét típusú robot hatékony, de kevés robot ötvözi a hatékony utazást a nagy manőverezhetőséggel. Ez azt jelenti, hogy a vízi robotok többsége túl ügyetlen és ügyetlen ahhoz, hogy támogassa az offshore ipart anélkül, hogy károsítaná a tenger alatti környezetet is.
Az offshore fejlesztések egyre törékenyebb környezetekre való kiterjesztésével még a legkorszerűbb tengeri robotok is küzdenek, hogy megbirkózzanak küldetéseik összetettségével. Jelenleg sok kutatás folyik autonóm mélytengeri robotok kifejlesztésében, olyan kezdeményezésekkel, mint például Xprize finanszírozás felajánlása néhány legizgalmasabb ötletnek.
Tengeri gépek
Ezekre a kihívásokra válaszolva a mérnökök a biológia felé fordultak, hogy inspirálják a víz alatti robotikus meghajtás új formáit. Több millió éves evolúció után a logika szerint a vízi élőlényeknek olyan modelleket kell kínálniuk, amelyek segítenek kezelni a víz alatti robotok jelenlegi termésének gyengeségeit.
A halak úszási módja, a különböző uszonyok csapkodása alapján, elsődleges inspirációs forrássá vált azok számára kísérletezés új vízalatti járművekkel. De a medúza által kedvelt impulzus-sugárúszási módot széles körben a világ leghatékonyabb víz alatti meghajtási mechanizmusának tekintik, amely vonzóbb technológiai megoldást kínál, amelyet a robotikusok sokkal könnyebben utánozhatnak.
Az impulzus-sugárzás a minta testének üreges üregének ciklikus tágulására és összehúzódására támaszkodik. Ez a rendszer vezérli a víz befogadását és kiürítését, amely végül a medúza számára biztosítja a meghajtás egy formáját.
Az egyszerűség ellenére ez az úszási stratégia hihetetlen mozgékonyságot és energiahatékonyságot eredményezhet. A leggyorsabb tintahal fel tud utazni 8 méter másodpercenként impulzus-sugár rendszer segítségével, míg a medúza Aurelia aurita (más néven holdmedúza) ismert a bolygó leghatékonyabb úszója.
Ezeknek az organizmusoknak a másolásával, amikor víz alatti robotokat építünk, új víz alatti járműveket tervezhetünk, amelyek képesek kombinálni a nagy manőverezhetőséget és a páratlan hatékonyságot. Miénkben a legújabb kutatások, kifejlesztettünk egy új, bio által inspirált robotot, amely képes megfelelni a Aurelia aurita. Ehhez utánoztuk azt a fő elvet, amely lehetővé teszi a medúza számára a magas meghajtási hatékonyság elérését: a rezonanciát.
Az Aurelia aurita vagy hold medúza a leghatékonyabb úszó a Földön. Richard A McMillin / Shutterstock
Rezonáns robotika
A rezonancia olyan fizikai jelenség, amelyet sok mindennapi tevékenység során gyakran tapasztalnak, például sétálva, hintán játszva és sőt énekel. Ha például lengő ingát nézünk, tapasztalatból tudjuk, hogy az addig oszcillál, amíg meg nem nyugszik, függőleges helyzetben lóg, amelyet a gravitáció határoz meg. Az inga rezgési frekvenciáját „természetes frekvenciának” nevezzük.
Tapasztalatból azt is tudjuk, hogy ha ingatni akarjuk az ingot, akkor ennek legegyszerűbb módja, ha minden alkalommal segítünk, ha segítünk, ha mindig elérjük a rezgés legmagasabb pontját, ugyanúgy, mint akkor, amikor egy gyermeket magasabbra tolunk. hintán. Amikor ezt megtesszük, hagyjuk, hogy az inga vagy a hinta „visszhangozzon”.
Tehát a rezonancia akkor fordul elő, amikor egy külső erő természetes frekvencián érinti a rendszert, aminek következtében a rendszer nagyobb amplitúdóingadozásokat ér el a szükséges erő töredékénél. Ez teszi a rezonancián való működést olyan hatékonnyá. Ugyanezt az elvet alkalmaztuk a medúza ihletésű robotunk meghajtására.
Feltételeztük, hogy egy rugalmas meghajtó rendszerű robot medúza megtervezésével kiaknázhatjuk ennek a rugalmasságnak a benne rejlő természetes frekvenciáját, hogy a mechanizmust rezonanciába hajtsuk. Rezonanciában robotunk erőteljes impulzussugarakat bocsát ki az energiaköltség töredékével.
Az általunk kifejlesztett robotnak van egy rugalmas belső kamrája, amely egy esernyőszerű mechanizmus hatására kitágul és összeesik. Víztartályban tesztelve kiderült, hogy a robot növeli úszási sebességét, amikor a pulzálás sebessége megközelíti a robot medúza rugalmas kamrájának természetes frekvenciáját. Ez bebizonyította, hogy robotmedúzaink rezonanciát értek el.
Az önmagát meghajtó rendszer hatékonysága, legyen az mechanikus vagy biológiai, egy olyan egyenleten alapul, amely egyesíti az elnyelt teljesítményt, a rendszer sebességét és tömegét. Amikor robotunkra alkalmazzuk, ez az egyenlet a robotmedúzainkat egyenlővé teszi a Aurelia aurita medúza.
Ez egy frappáns eredmény, amelynek kettős hatása van. Egyrészt ez azt mutatja először, hogy egy mechanikus rendszer képes elérni a természet legjobb úszói propulziós hatékonyságát. Másrészt robotunk elmagyarázta biológiai társainak kiemelkedő úszását - ami most már segítheti a biológusokat, hogy egy teljesen új perspektívában térjenek vissza a medúza és a tintahal vizsgálatához.
A természet leghatékonyabb úszói által inspirált rendszer által működtetett robot medúzaink egy dinamikus és hatékony víz alatti robot prototípusát nyújtják, amelyet a tengeri szélerőműipar egy nap felhasználhat infrastruktúrájának a hullámok alatt fekvő részeinek fenntartására.
A szerzőkről
Francesco Giorgio-Serchi, a kancellár munkatársa a robotika és az autonóm rendszerek területén, Edinburgh-i Egyetem
Ezt a cikket 24. február 2021-én frissítették, hogy a Southamptoni Egyetem csapatának köszönhesse ezt a kutatást is.
Ezt a cikket újra kiadják A beszélgetés Creative Commons licenc alatt. Olvassa el a eredeti cikk.
Kapcsolódó könyvek
Lehívás: A globális felmelegedés visszafordítására valaha javasolt legátfogóbb terv
írta: Paul Hawken és Tom Steyer
A széles körben elterjedt félelem és apátia ellenére a kutatók, szakemberek és tudósok nemzetközi koalíciója jött össze, hogy reális és merész megoldásokat kínáljon az éghajlatváltozáshoz. Száz technikát és gyakorlatot írunk le itt - néhány közismert; néhányról, amiről talán még soha nem hallottál. A tiszta energiától kezdve az alacsony jövedelmű országok lányainak oktatásáig, a földhasználat gyakorlatáig terjednek, amelyek kiszívják a levegőt. A megoldások léteznek, gazdaságilag életképesek, és a közösségek az egész világon jelenleg készséggel és határozottan alkalmazzák őket. Elérhető az Amazonon
Klímamegoldások tervezése: Irányelv az alacsony széntartalmú energiához
Írta: Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Mivel az éghajlatváltozás már hatással van ránk, az üvegházhatást okozó gázok globális kibocsátásának csökkentésének szükségessége sürgető. Ijesztő kihívás, de a megvalósításának technológiái és stratégiái ma léteznek. Egy jól megtervezett és végrehajtott energiapolitika egy kis halmaza az alacsony szén-dioxid-kibocsátású jövő felé vezethet minket. Az energetikai rendszerek nagyok és összetettek, ezért az energiapolitikának koncentráltnak és költséghatékonynak kell lennie. Az egy mindenki számára megfelelő megközelítés egyszerűen nem fogja elvégezni a munkát. A döntéshozóknak világos, átfogó forrásra van szükségük, amely felvázolja azokat az energiapolitikákat, amelyek a legnagyobb hatással lesznek az éghajlati jövőnkre, és leírja, hogyan lehet ezeket a politikákat jól megtervezni. Elérhető az Amazonon
Mindent megváltoztat: a kapitalizmus és az éghajlat
készítette Naomi Klein
In Ez mindent megváltoztat Naomi Klein szerint az éghajlatváltozás nem csupán egy új kérdés, amelyet gondosan fel kell tüntetni az adók és az egészségügy között. Ez egy riasztás, amely felszólít egy olyan gazdasági rendszer rögzítésére, amely már sok szempontból kudarcot vall bennünket. Klein aprólékosan építi azt az esetet, hogy az üvegházhatást okozó kibocsátások nagymértékű csökkentése a legjobb esélyünk arra, hogy egyszerre csökkentsük a tátongó egyenlőtlenségeket, újból elképzeljük a törött demokráciáinkat és újjáépítsük a kibelezett helyi gazdaságunkat. Kihúzza az éghajlatváltozás-tagadók ideológiai kétségbeesését, a leendõ geomérnökök messiási téveszméit és a túl sok mainstream zöld kezdeményezés tragikus vereségét. Pontosan megmutatja, hogy a piac miért nem oldotta meg - és nem tudja - megoldani az éghajlati válságot, hanem ehelyett még rosszabbá teszi a dolgokat, egyre szélsőségesebb és ökológiai szempontból káros extrakciós módszerekkel, melyeket rohamos katasztrófa-kapitalizmus kísér. Elérhető az Amazonon
A kiadótól:
Az Amazon vásárlásai fedezik az Ön költségeit InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, és a ClimateImpactNews.com ingyenesen és hirdető nélkül, amely nyomon követi az Ön böngészési szokásait. Még akkor is, ha rákattint egy linkre, de nem vásárolja meg ezeket a kiválasztott termékeket, bármi más, amit ugyanazon az Amazon látogatáskor vásárolt meg, kis jutalékot fizet nekünk. Nincsenek többletköltségek, ezért kérjük, járuljon hozzá az erőfeszítéshez. Te is használja ezt a linket bármikor felhasználhatja az Amazon-ra, így segítheti erőfeszítéseink támogatását.
