انقلاب در رباتهای زیرآبی؛ ماهی رباتیکی که با یک ترفند ساده، تغییر سایز میدهد
رباتهای زیرآبی که برای پایش یک نهر کوچک ساخته میشوند، نمیتوانند بهسادگی برای گشتزنی در یک دریاچه بزرگ به کار گرفته شوند؛ مگر اینکه مهندسان هر بار طراحی را از صفر شروع کنند.
به گزارش هفت صبح اما حالا یک ربات جدید با الهام از ساختار ماهیها به نام «اسکافی» (ScaFi) این مشکل را با یک تغییر ساختاری ساده حل کرده است. این طراحی به ربات اجازه میدهد بدون از دست دادن الگوی شنای خود، از طول ۶۰ سانتیمتر (۲ فوت) تا حدود ۳ متر (۱۰ فوت) تغییر اندازه دهد.
این پروژه توسط «نانا اوبایاشی»، که در حال حاضر استادیار دانشگاه NYU Tandon است، در دوران تحقیقات دکترای او در موسسه EPFL رهبری شده است.
دمی که رشد میکند
بیشتر رباتهای الهامگرفته از ماهیها، تنها در یک اندازه ثابت و برای کاربری خاص ساخته میشوند. آنها از همان سبک شنای «بدنخمشو» استفاده میکنند؛ سبکی که به ربات اجازه میدهد برخلاف وسایل نقلیه ملخی، در میان پوششهای گیاهی گیر نکند یا حیاتوحش را نترساند. «اسکافی» بهطور خاص از ماهیهایی مثل «کاد» و «مخروی» الگوبرداری شده که بیشتر حرکتِ خمشی بدنشان را در ناحیه دم متمرکز میکنند. این سبک شنا در طبیعت، در طیف وسیعی از اندازههای مختلف بدن مشاهده میشود.
به گفته اوبایاشی، پایشِ یک نهر و سپس یک دریاچه، معمولاً مستلزم ساخت دو ربات کاملاً مجزا از پایه است. او خاطرنشان میکند که محیطها ابعاد متفاوتی دارند، اما ابزارهای رباتیک معمولاً اینطور نیستند. طراحی «اسکافی» مستقیماً همین چالش را هدف قرار داده است.
فقط با یک تنظیم ساده
این ربات از یک بخش جلویی صلب (سخت) و یک دم انعطافپذیر تشکیل شده که از میلههای فایبرگلاس ساخته شده است. یک موتور واحد، دو تاندون (رشته) را که در نزدیکی انتهای دم به هم میرسند، میکشد و باعث ایجاد خمیدگی S-شکلِ لازم برای شنای ماهیگونه میشود.
تغییر سایز «اسکافی» تنها نیازمند تغییر قطر میلههای دم است؛ میلههایی که با بزرگتر شدن ربات، به تناسب ضخیمتر میشوند تا رفتار خمشی مشابهی را حفظ کنند. مکانیزم اصلی موتور و سیستم تاندونهای متقاطع در همه اندازهها یکسان باقی میماند که همین موضوع، زحمت مهندسی برای تطبیق طراحی با محیطهای جدید را بهشدت کاهش میدهد.
از نهرها تا دریاچهها
محققان سه ربات «اسکافی» با طول تقریبی ۶۰ سانتیمتر، ۱۱۰ سانتیمتر و ۲۹۰ سانتیمتر ساختند و عملکرد شنای هر کدام را آزمایش کردند. کوچکترین ربات، الگوهای چرخشی آب را مشابه آنچه ماهیهای واقعی به جا میگذارند، ایجاد کرد. حرکت شنا در هر سه اندازه، پس از تنظیم متناسب با ابعاد بدن، کاملاً با هم همخوانی داشت.
تیم تحقیق، هر ربات را متناسب با محیطش به کار گرفت: ربات متوسط در یک جویبار سوئیسی، بزرگترین آنها در دریاچه ژنو و کوچکترین در نهرهایی با عمق تنها ۱۵ تا ۳۰ سانتیمتر. در طول تست جویبار، ربات حتی پس از قطع شدن سیگنال GPS نیز به شنا کردن ادامه داد.
بزرگتر، همیشه بهتر نیست!
کارایی انرژی به اندازه «حرکت شنا» بهصورت خطی تغییر نکرد. دو ربات کوچکتر عملکرد مشابهی داشتند، اما بزرگترین آنها بهطور مداوم کارایی کمتری نشان داد و به یک موتور متفاوت و قدرتمندتر نیاز داشت. محققان حدس میزنند که «پسزنی آب» (Drag) و «اینرسی» ممکن است عامل این شکاف باشند، اگرچه علت دقیق آن هنوز مشخص نیست.
یک تضاد مشابه زمانی دیده شد که رباتها از مسیر خود منحرف میشدند؛ کوچکترین ربات با وجود چابکی بسیار بالا، کندترین سرعت بازیابی مسیر را داشت، در حالی که رباتهای بزرگتر پایداری بیشتری در برابر اختلالات داشتند اما چابکیشان کمتر بود. محققان معتقدند که همین رویکرد مقیاسپذیری که حول یک پارامتر ساختاری ساده بنا شده، میتواند به سایر رباتهای انعطافپذیر در خارج از محیط آبی نیز تسری پیدا کند.
