
Robortyczna ośmiornica odkrywające czeluście niezbadanych wód
Znana ze swojej zwinności, inteligencji i unikalnych wzorców ruchowych, ośmiornica jest idealnym modelem dla podwodnych eksploracji.
Naukowcy z National University of Singapore opracowali niedawno inspirowanego ośmiornicą robota pływającego, który ma na celu odtworzenie niezwykłych możliwości tego morskiego zwierzęcia. Robot, o uproszczonej, ale skutecznej konstrukcji, może utorować drogę do nowej ery w podwodnej robotyce, przyspieszając eksplorację, monitorowanie, a nawet operacje poszukiwawcze i ratownicze.
Ośmiornice to fascynujące stworzenia, które łączą w sobie zarówno zwinność, jak i siłę. W przeciwieństwie do innych zwierząt morskich, nie polegają na sztywnym układzie kostnym, co pozwala im manewrować z niesamowitą zręcznością. Potrafią szybko pływać w wodzie i manipulować obiektami w swoim otoczeniu za pomocą ośmiu elastycznych ramion, z których każde jest kontrolowane niezależnie. Złożoność ruchów stanowi poważne wyzwanie dla robotyków, którzy chcą odtworzyć porównywalny ruch. Naukowcom udało się jednak stworzyć robota, który oddaje istotę ruchu ośmiornicy, jednocześnie upraszczając jego mechanikę.
Zespół badawczy kierowany przez prof. Cecilię Laschi skupił się na zaprojektowaniu platformy do pływania, która mogłaby być łatwo zbudowana i używana przez innych badaczy. „Naszym głównym celem jest stworzenie bardziej dostępnej i łatwej w budowie platformy, która nie tylko uchwyci istotę ruchu ośmiornicy, ale także zachęci do szerszych badań i innowacji w dziedzinie robotyki podwodnej” – powiedział Yiyuan Zhang, jeden z autorów badania. Skupienie się na dostępności i prostocie oznacza znaczące odejście od poprzednich prób naśladowania lokomocji ośmiornicy, które często wiązały się ze skomplikowanymi i uciążliwymi projektami.
Robot inspirowany ośmiornicą opracowany przez Zhanga i jego współpracowników ma osiem miękkich, elastycznych ramion. Zamiast wykorzystywać oddzielne silniki dla każdego ramienia, naukowcy zaprojektowali mechanizm przypominający parasol, napędzany przez dwa silniki, które obracają się ze stałą prędkością. Taka konstrukcja upraszcza sterowanie i mechanikę robota, ponieważ nie wymaga stosowania ośmiu indywidualnych siłowników. Ramiona robota delikatnie otwierają się, tworząc opływowy kształt o niskim oporze podczas ślizgania się po wodzie, i zamykają się, aby wygenerować ciąg, naśladując naturalny ruch ośmiornicy.
„Gdy robot porusza się w wodzie, jego ramiona delikatnie się otwierają, tworząc opływowy kształt, pozwalając mu ślizgać się bez wysiłku” – wyjaśnił Zhang. „Następnie, gdy nadchodzi czas, aby popchnąć się do przodu, ramiona szybko się zamykają i usztywniają, generując potężny ciąg – tak jak robi to ośmiornica!”. Prostota mechanizmu sprawia, że robot jest zarówno skuteczny, jak i energooszczędny, zdolny do pokonywania dużych odległości przy minimalnym zużyciu energii.
Wstępne testy wykazały, że robot może skutecznie poruszać się do przodu, osiągając maksymalną prędkość 314 mm/s podczas drugiego skoku mocy. Uproszczona konstrukcja zespołu dorównywała, a nawet przewyższała bardziej złożone roboty inspirowane ośmiornicami pod względem efektywności energetycznej i wydajności ruchowej. Co ważne, robot rozwiązał również powszechny problem występujący w podobnych robotach podwodnych: ruch do tyłu podczas fazy otwierania ramienia, co może powodować nieefektywność napędu.
Tradycyjne roboty podwodne, często oparte na konstrukcjach przypominających ryby lub torpedy, mogą nie mieć zwinności i wszechstronności wymaganej do złożonych zadań, takich jak badanie delikatnych podwodnych ekosystemów lub inspekcja infrastruktury w ograniczonych obszarach. Miękka, elastyczna konstrukcja robota inspirowanego ośmiornicą jest idealna dla tych trudnych środowisk.
Badania są częścią szerszego projektu skupiającego się na robotyce inspirowanej ośmiornicami, mającego na celu zrozumienie i odtworzenie biomechaniki pływania i manipulacji ośmiornic. Prof. Laschi i jej zespół wskazali już niektóre z kluczowych czynników, które przyczyniają się do zaawansowanej zręczności i zdolności pływackich zwierząt wodnych, takich jak ich unikalny mięśniowy system hydrostatyczny. To zrozumienie zostało włączone do ich projektów robotycznych, otwierając nowe możliwości badań nad miękką robotyką i jej zastosowaniami poza podwodnym światem.
Rozwój robota pływającego inspirowanego ośmiornicą jest tylko jednym z przykładów szerszego trendu robotyki inspirowanej biologią – podejścia, które wykorzystuje systemy biologiczne jako modele do projektowania robotów. Inne godne uwagi przykłady obejmują RoboBee, maleńkiego robotycznego owada opracowanego przez Uniwersytet Harvarda, który naśladuje lot pszczoły i ma potencjalne zastosowania w zapylaniu upraw i monitorowaniu środowiska. Podobnie, roboty inspirowane wężami, takie jak te opracowane przez Carnegie Mellon University, okazały się obiecujące w nawigacji w ograniczonych przestrzeniach w operacjach poszukiwawczych i ratowniczych.
W dziedzinie robotyki podwodnej bio-inspiracja staje się coraz ważniejsza. Robofish, opracowany przez naukowców z MIT, odtwarza wzorce pływania ryb w celu badania życia morskiego bez naruszania ich naturalnych siedlisk. Podobnie jak robot inspirowany ośmiornicą, Robofish wykorzystuje wydajne mechanizmy napędowe natury, prowadząc do postępu w energooszczędnych, wszechstronnych robotach podwodnych.
Uproszczony robot pływający inspirowany ośmiornicą opracowany przez naukowców z National University of Singapore jest świadectwem potęgi bio-inspiracji w robotyce. Naśladując unikalne możliwości jednego z najbardziej zwinnych stworzeń oceanu, umożliwił dalsze kroki w ekslopracji nieznanych i ciężko dostępnych granic.
Szymon Ślubowski