Το ρομπότ μας είναι εμπνευσμένο από την κοινή μέδουσα του φεγγαριού. Willyam Bradberry/Shutterstock 

Κάτω από τις θάλασσες υπάρχουν μερικές από τις τελευταίες περιοχές παρθένας και ανέγγιχτης ερημιάς στη Γη. Ωστόσο, αυτά τα θαλάσσια οικοσυστήματα απειλούνται από έργα εξόρυξης βαθέων υδάτων, εξέδρες πετρελαίου και υπεράκτια αιολικά πάρκα. Όταν οι εγκαταστάσεις αυτές κατασκευάζονται και συντηρούνται, τείνουν να βλάψουν τα πλούσια οικολογικά δίκτυα γύρω τους.

Ρομποτικοί και μηχανικοί εργάζονται για να αντιμετωπίσουν αυτό το πρόβλημα, αναζητώντας νέους τρόπους για τη δημιουργία μηχανών που θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην επισκευή, τη συντήρηση ή την επιθεώρηση των υποθαλάσσιων εξαρτημάτων της αναπτυσσόμενης υπεράκτιας βιομηχανίας. Με επικεφαλής τους συναδέλφους Thierry Bujard και Gabriel Weymouth από το Πανεπιστήμιο του Southampton, η ομάδα μου έχει βρήκε λύση σε αυτό το πρόβλημα, σχεδιάζοντας υποβρύχια ρομπότ εμπνευσμένα από τους πιο έξυπνους κολυμβητές της φύσης: την εξαιρετικά αποτελεσματική μέδουσα φεγγαριού.

Τα παραδοσιακά υδρόβια ρομπότ έχουν σχεδιαστεί για δύο κύριους σκοπούς: πλοήγηση μεγάλων αποστάσεων σε ανοιχτά τμήματα νερού και για εργασίες που απαιτούν υψηλή ικανότητα ελιγμών κοντά σε βυθισμένες κατασκευές. Και οι δύο τύποι ρομπότ είναι αποτελεσματικοί, αλλά λίγα ρομπότ συνδυάζουν αποτελεσματικό ταξίδι με υψηλή ευελιξία. Αυτό σημαίνει ότι τα περισσότερα υδρόβια ρομπότ είναι πολύ αδέξια και αδέξια για να υποστηρίξουν την υπεράκτια βιομηχανία χωρίς επίσης να βλάψουν το υποθαλάσσιο περιβάλλον.

Πράγματι, με την επέκταση των υπεράκτιων εξελίξεων σε όλο και πιο εύθραυστα περιβάλλοντα, ακόμη και τα υπερσύγχρονα θαλάσσια ρομπότ αγωνίζονται να αντιμετωπίσουν την πολυπλοκότητα των αποστολών τους. Επί του παρόντος γίνεται πολλή έρευνα για την ανάπτυξη αυτόνομων ρομπότ βαθέων υδάτων, με πρωτοβουλίες όπως Xprize προσφέροντας χρηματοδότηση σε μερικές από τις πιο συναρπαστικές ιδέες.

Ναυτικά μηχανήματα

Για να ανταποκριθούν σε αυτές τις προκλήσεις, οι μηχανικοί στράφηκαν στη βιολογία για να εμπνεύσουν νέες μορφές ρομποτικής υποβρύχιας πρόωσης. Μετά από εκατομμύρια χρόνια εξέλιξης, η λογική λέει, τα υδρόβια πλάσματα θα πρέπει να προσφέρουν μοντέλα που θα βοηθήσουν στην αντιμετώπιση των αδυναμιών της τρέχουσας καλλιέργειας υποβρύχιων ρομπότ.

Ο τρόπος κολύμβησης των ψαριών, που βασίζεται στο χτύπημα των διαφορετικών πτερυγίων τους, έχει γίνει η κύρια πηγή έμπνευσης για αυτούς πειραματίζονται με νέα υποβρύχια οχήματα. Αλλά η λειτουργία κολύμβησης με παλμικό πίδακα που προτιμάται από τις μέδουσες θεωρείται ευρέως ως ο πιο αποτελεσματικός μηχανισμός υποβρύχιας πρόωσης στον κόσμο, προσφέροντας μια πιο συναρπαστική τεχνολογική λύση που είναι πολύ πιο εύκολο να μιμηθούν οι ρομποτικοί.

Η εκτόξευση παλμών βασίζεται στην κυκλική διαστολή και συστολή μιας κοίλης κοιλότητας του σώματος του δείγματος. Αυτό το σύστημα οδηγεί την κατάποση και την αποβολή του νερού, το οποίο τελικά παρέχει στις μέδουσες μια μορφή προώθησης.

Παρά την απλότητά της, αυτή η στρατηγική κολύμβησης μπορεί να οδηγήσει σε απίστευτη ευελιξία καθώς και σε υψηλή ενεργειακή απόδοση. Το πιο γρήγορο καλαμάρι μπορεί να ταξιδέψει μέχρι Μετρητές 8 ανά δευτερόλεπτο χρησιμοποιώντας σύστημα παλμικού εκτόξευσης, ενώ οι μέδουσες Aurelia aurita (γνωστή και ως μέδουσα του φεγγαριού) είναι γνωστό ότι είναι ο πιο αποτελεσματικός κολυμβητής στον πλανήτη.

Αντιγράφοντας αυτούς τους οργανισμούς όταν κατασκευάζουμε υποβρύχια ρομπότ, μπορούμε να σχεδιάσουμε νέα υποβρύχια οχήματα ικανά να συνδυάζουν υψηλή ευελιξία με απαράμιλλη απόδοση. Στο δικό μας πρόσφατη έρευνα, αναπτύξαμε ένα νέο ρομπότ βιολογικής έμπνευσης που μπορεί να ταιριάζει με την προωστική απόδοση του Aurelia aurita. Για να το κάνουμε αυτό, μιμηθήκαμε τη βασική αρχή που επιτρέπει στις μέδουσες να επιτύχουν την υψηλή προωστική τους απόδοση: τον συντονισμό.

Η Aurelia aurita ή μέδουσα του φεγγαριού θεωρείται η πιο αποτελεσματική κολυμβήτρια στη Γη. Richard A McMillin/Shutterstock

Ηχητική ρομποτική

Ο συντονισμός είναι ένα φυσικό φαινόμενο που συναντάται συνήθως σε πολλές καθημερινές δραστηριότητες όπως το περπάτημα, το παιχνίδι σε μια κούνια και ακόμα και το τραγούδι. Αν παρακολουθήσουμε ένα εκκρεμές που ταλαντεύεται, για παράδειγμα, γνωρίζουμε από την εμπειρία ότι θα συνεχίσει να ταλαντώνεται μέχρι να ξεκουραστεί, κρεμασμένο σε κάθετη θέση όπως καθορίζεται από τη βαρύτητα. Η συχνότητα με την οποία ταλαντώνεται το εκκρεμές αναφέρεται ως «φυσική του συχνότητα».

Από την εμπειρία, γνωρίζουμε επίσης ότι αν θέλουμε να διατηρήσουμε το εκκρεμές σε ταλάντωση, ο ευκολότερος τρόπος για να το κάνουμε αυτό είναι να του δίνουμε μια χρήσιμη ώθηση κάθε φορά που φτάνει στο υψηλότερο σημείο της ταλάντωσής του, όπως ακριβώς κάνουμε όταν σπρώχνουμε ένα παιδί ψηλότερα. σε μια κούνια. Όταν το κάνουμε αυτό, αφήνουμε το εκκρεμές ή την κούνια να «αντηχήσει».

Έτσι, ο συντονισμός εμφανίζεται όταν μια εξωτερική δύναμη επηρεάζει ένα σύστημα στη φυσική του συχνότητα, αναγκάζοντας το σύστημα να επιτύχει μεγαλύτερες ταλαντώσεις πλάτους σε ένα κλάσμα της απαιτούμενης δύναμης. Αυτό είναι που κάνει τη λειτουργία σε συντονισμό τόσο αποτελεσματική. Εφαρμόσαμε την ίδια αρχή στην προώθηση του ρομπότ μας εμπνευσμένου από μέδουσες.

Υποθέσαμε ότι σχεδιάζοντας μια μέδουσα ρομπότ με ένα ελαστικό σύστημα προώθησης, θα μπορούσαμε να εκμεταλλευτούμε την εγγενή φυσική συχνότητα αυτού του ελαστικού για να οδηγήσουμε τον μηχανισμό σε συντονισμό. Σε συντονισμό, το ρομπότ μας θα εξέδιδε ισχυρούς παλμικούς πίδακες με ένα κλάσμα του ενεργειακού κόστους.

Το ρομπότ που αναπτύξαμε έχει έναν ελαστικό εσωτερικό θάλαμο, ο οποίος διαστέλλεται και καταρρέει υπό την επίδραση ενός μηχανισμού που μοιάζει με ομπρέλα. Όταν δοκιμάστηκε σε μια δεξαμενή νερού, το ρομπότ βρέθηκε να αυξάνει την ταχύτητα κολύμβησης του καθώς η ταχύτητα με την οποία πάλλεται πλησίαζε τη φυσική συχνότητα του ελαστικού θαλάμου της μέδουσας ρομπότ. Απέδειξε ότι η μέδουσα ρομπότ μας είχε επιτύχει συντονισμό.

Η αποτελεσματικότητα ενός συστήματος που προωθείται, είτε είναι μηχανικό είτε βιολογικό, βασίζεται σε μια εξίσωση που συνδυάζει την απορροφούμενη ισχύ, την ταχύτητα του συστήματος και τη μάζα του. Όταν εφαρμοστεί στο ρομπότ μας, αυτή η εξίσωση έφερε τις μέδουσες ρομπότ μας στο ίδιο επίπεδο με το Aurelia aurita μέδουσα.

Αυτό είναι ένα εντυπωσιακό αποτέλεσμα με διπλό αντίκτυπο. Από τη μια πλευρά, δείχνει για πρώτη φορά ότι ένα μηχανικό σύστημα μπορεί να επιτύχει την προωθητική απόδοση των καλύτερων κολυμβητών της φύσης. Από την άλλη πλευρά, το ρομπότ μας εξήγησε την εξαιρετική κολύμβηση των βιολογικών ομολόγων του – κάτι που μπορεί τώρα να βοηθήσει τους βιολόγους να επιστρέψουν στη μελέτη των μεδουσών και των καλαμαριών με μια εντελώς νέα προοπτική.

Τροφοδοτημένο από ένα σύστημα εμπνευσμένο από τους πιο αποτελεσματικούς κολυμβητές της φύσης, η μέδουσα ρομπότ παρέχει ένα πρωτότυπο ενός δυναμικού και αποτελεσματικού υποβρύχιου ρομπότ, το οποίο η βιομηχανία υπεράκτιων αιολικών πάρκων μπορεί μια μέρα να χρησιμοποιήσει για να διατηρήσει τα μέρη της υποδομής της που βρίσκονται κάτω από τα κύματα.

Σχετικά με τους Συγγραφείς

Francesco Giorgio-Serchi, Υπάλληλος Καγκελαρίου στη Ρομποτική και τα Αυτόνομα Συστήματα, Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου

Αυτό το άρθρο ενημερώθηκε στις 24 Φεβρουαρίου 2021 για να πιστώσει την ομάδα από το Πανεπιστήμιο του Σαουθάμπτον που εργάστηκε επίσης σε αυτήν την έρευνα.

Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύθηκε από το Η Συνομιλία υπό την άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.

Σχετικά βιβλία

Ανάλυση: Το πιο περιεκτικό σχέδιο που έχει προταθεί ποτέ για την αντιστροφή της υπερθέρμανσης του πλανήτη

των Paul Hawken και Tom Steyer
Αντιμέτωποι με τον εκτεταμένο φόβο και την απάθεια, ένας διεθνής συνασπισμός ερευνητών, επαγγελματιών και επιστημόνων συγκεντρώθηκε για να προσφέρει ένα σύνολο ρεαλιστικών και τολμηρών λύσεων για την κλιματική αλλαγή. Εκατό τεχνικές και πρακτικές περιγράφονται εδώ - μερικές είναι γνωστές. μερικοί που ίσως δεν έχετε ακούσει ποτέ. Κυμαίνονται από την καθαρή ενέργεια έως την εκπαίδευση κοριτσιών σε χώρες χαμηλού εισοδήματος έως τις πρακτικές χρήσης γης που τραβούν τον άνθρακα από τον αέρα. Οι λύσεις υπάρχουν, είναι οικονομικά βιώσιμες και οι κοινότητες σε όλο τον κόσμο τις εφαρμόζουν με δεξιότητα και αποφασιστικότητα. Διαθέσιμο στο Amazon

Σχεδιασμός κλιματικών λύσεων: Ένας οδηγός πολιτικής για ενέργεια χαμηλών εκπομπών άνθρακα

των Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Με τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής ήδη σε εμάς, η ανάγκη μείωσης των παγκόσμιων εκπομπών αερίων θερμοκηπίου δεν είναι τίποτα λιγότερο από επείγουσα. Είναι μια τρομακτική πρόκληση, αλλά οι τεχνολογίες και οι στρατηγικές για την αντιμετώπισή της υπάρχουν σήμερα. Ένα μικρό σύνολο ενεργειακών πολιτικών, σχεδιασμένων και εφαρμοσμένων καλά, μπορεί να μας οδηγήσει στο δρόμο για ένα μέλλον χαμηλών εκπομπών άνθρακα. Τα ενεργειακά συστήματα είναι μεγάλα και περίπλοκα, επομένως η ενεργειακή πολιτική πρέπει να είναι εστιασμένη και οικονομικά αποδοτική. Οι προσεγγίσεις ενός μεγέθους για όλους δεν θα κάνουν τη δουλειά. Οι υπεύθυνοι χάραξης πολιτικής χρειάζονται έναν σαφή, περιεκτικό πόρο που περιγράφει τις ενεργειακές πολιτικές που θα έχουν τη μεγαλύτερη επίδραση στο μέλλον μας για το κλίμα, και περιγράφει πώς να σχεδιάσουμε αυτές τις πολιτικές καλά. Διαθέσιμο στο Amazon

Αυτό αλλάζει τα πάντα: Ο καπιταλισμός εναντίον του κλίματος

από τη Naomi Klein
In Αυτό αλλάζει τα πάντα Η Naomi Klein υποστηρίζει ότι η κλιματική αλλαγή δεν είναι απλώς ένα άλλο ζήτημα που πρέπει να αρχειοθετηθεί μεταξύ των φόρων και της υγειονομικής περίθαλψης. Είναι ένας συναγερμός που μας καλεί να διορθώσουμε ένα οικονομικό σύστημα που μας ήδη αποτυγχάνει με πολλούς τρόπους. Η Klein αναπτύσσει σχολαστικά την υπόθεση για το πώς η μαζική μείωση των εκπομπών θερμοκηπίου μας είναι η καλύτερη ευκαιρία για ταυτόχρονη μείωση των ανισοτήτων που εκκρεμούν, εκ νέου φαντασία των σπασμένων δημοκρατιών μας και ανοικοδόμηση των τοπικών μας οικονομιών. Εκθέτει την ιδεολογική απελπισία των αρνητών της κλιματικής αλλαγής, τις μεσσιανικές αυταπάτες των επίδοξων γεωμηχανικών και τον τραγικό ήττη πάρα πολλών κύριων πράσινων πρωτοβουλιών. Και δείχνει ακριβώς γιατί η αγορά δεν - και δεν μπορεί - να διορθώσει την κλιματική κρίση, αλλά αντίθετα θα επιδεινώσει τα πράγματα, με ολοένα και πιο ακραίες και οικολογικά επιβλαβείς μεθόδους εξαγωγής, που συνοδεύονται από τον αχαλίνωτο καπιταλισμό καταστροφών. Διαθέσιμο στο Amazon

Από τον εκδότη:
Οι αγορές στο Amazon πηγαίνουν για να αντισταθμίσουν το κόστος μεταφοράς InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, και ClimateImpactNews.com χωρίς κόστος και χωρίς διαφημιστές που παρακολουθούν τις συνήθειες περιήγησής σας. Ακόμα κι αν κάνετε κλικ σε έναν σύνδεσμο αλλά δεν αγοράσετε αυτά τα επιλεγμένα προϊόντα, οτιδήποτε άλλο αγοράζετε στην ίδια επίσκεψη στο Amazon μας πληρώνει μια μικρή προμήθεια. Δεν υπάρχει επιπλέον κόστος για εσάς, οπότε συμβάλλετε στην προσπάθεια. Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήστε αυτό το σύνδεσμο για χρήση στο Amazon ανά πάσα στιγμή, ώστε να μπορείτε να υποστηρίξετε τις προσπάθειές μας.