Revoluce pod vodou: Robotické ploutve inspirované rybami zvyšují stabilitu o 87 %

Oceánské prostředí je dynamické a nepředvídatelné, což klade vysoké nároky na podvodní roboty. Musí neustále vnímat, co se kolem nich děje, a odpovídajícím způsobem reagovat. Tradiční, tuhé a těžké podvodní roboty jsou snadno vychýleny z kurzu silnými proudy a spíše s vodou bojují, než aby se s ní pohybovaly. To vede k plýtvání značného množství energie v boji proti nepředvídatelným vlnám a proudům.

Inspirace z přírody pro stabilnější roboty

Inženýři z univerzit v Southamptonu, Edinburghu a Delftu se inspirovali fluidní mechanikou ptáků a ryb a vyvinuli bio-inspirované robotické křídlo, které se autonomně přizpůsobuje turbulentní vodě. Klíčem k tomuto průlomu je integrace e-kůže z tekutého kovu a proprioceptivního snímání do měkkého robotického křídla. Propriocepce je vnitřní mapa, která ptákům a rybám přesně říká, kde se nacházejí jejich končetiny nebo ploutve a jak se pohybují. Tento design umožňuje podvodním robotům autonomně měnit tvar a dosáhnout úrovně stability v turbulentních proudech, které se standardní tuhá křídla nemohou rovnat.

Jak funguje adaptivní křídlo

Pokročilé křídlo využívá systém „vnímej a reaguj“. Detekuje změny v proudění vody a okamžitě upravuje svůj fyzický tvar, aby si udrželo stabilitu. Namísto budování odolnějších robotů navržených k boji s oceánskou silou se posouváme k chytřejším, měkčím strojům, které pracují v synergii s prostředím, vysvětluje Leo Micklem, hlavní autor studie. Přírodní propriocepce umožňuje ptákům cítit vítr skrze peří a rybám vnímat pohyb vody skrze ploutve a kůži, což oběma pomáhá udržet dokonalou rovnováhu.

Robotické křídlo je vybaveno high-tech e-kůží vyrobenou z flexibilních drátů z tekutého kovu, které jsou zapuštěny do silikonu. Tato e-kůže funguje jako syntetický nervový systém, který vnímá měnící se vodní proudy. Když tyto „nervy“ zaznamenají ohýbání křídla, spustí vnitřní hydraulické trubice, které automaticky upraví tuhost a tvar křídla. Tato smyčka snímání a reakce umožňuje robotu okamžitě přizpůsobit svou fyzickou formu a udržet dokonalou rovnováhu.

Výsledky a budoucí dopad

Během zkušebních testů toto pokročilé křídlo neutralizovalo 87 procent turbulence, která by obvykle vychýlila běžná podvodní vozidla z kurzu. Pro ověření designu bylo nové křídlo porovnáno se standardními tuhými křídly i základními měkkými křídly za různých turbulentních podmínek. Výsledky ukázaly, že stabilizační výkon adaptivního křídla byl téměř dvojnásobný oproti klouzající sově pálené. Vědci poznamenávají, že srovnání strojů se zvířaty je složité, ale data potvrzují, že toto snímací křídlo daleko překonává současnou podvodní technologii v udržování rovnováhy proti náhlým poruchám.

Zajímavé je, že toto křídlo je rychlejší a levnější na provoz: reaguje čtyřikrát rychleji než jiná flexibilní křídla a spotřebuje pětkrát méně energie než systémy, které se spoléhají na teplo ke změně svého tvaru. Ačkoli stále existují výzvy v rozšíření této technologie pro masivní hlubokomořská plavidla, mohla by tato inovace připravit cestu pro bezpečnější a obratnější robotické průzkumníky schopné navigovat v extrémních podvodních turbulencích, aniž by vyčerpávali své baterie k udržení kurzu. Výsledky byly publikovány v prestižním časopise npj Robotics.