Het onderwater-supervliegtuig kan in minder dan een seconde vliegen

Robots zijn van oudsher ontworpen met een specifiek doel om een ​​zeer specifieke taak uit te voeren, maar onderzoekers van de Beihang University nemen een heel andere benadering met Nieuwe robot drone Hij kan onder water net zo gemakkelijk in de lucht opereren en beschikt over een slimme, op de natuur geïnspireerde truc om zijn bereik te vergroten.

Als je aan robots denkt, denk je waarschijnlijk aan een van de twee versies: de zeer capabele mensen beloofd door sciencefiction, of de roekeloze, gelede armen die repetitieve taken in fabrieken uitvoeren. De laatste benadering is een beetje van waar we al decennia mee bezig zijn, maar naarmate de technologie langzaam de verbeeldingskracht van sciencefictionauteurs inhaalt, zijn robotontwerpers begonnen met het ontwikkelen van mechanismen die in staat zijn om een ​​verscheidenheid aan acties uit te voeren. Boston Dynamics-plekHij gebruikt bijvoorbeeld vier hondachtige poten om door divers terrein te navigeren en veel verschillende taken uit te voeren, waaronder het ’s nachts beschermen van de ruïnes van Pompeii en het maken van gedetailleerde 3D-kaarten van gebieden die voor mensen moeilijk te bezoeken zijn.

Een adaptieve aanpak maakt het voor bedrijven of onderzoeksinstellingen gemakkelijker om de hoge kosten van de robot te rechtvaardigen, maar wat het Beihang University Biomechanics Laboratory en het Soft Robotics Laboratory hebben gecreëerd, is werkelijk uniek. Zelfs met sterk gearticuleerde benen is Boston Dynamics nog steeds beperkt tot missies op de grond. Deze nieuwe drone kan missies onder water, in de lucht of beide uitvoeren, zonder tussentijdse aanpassingen.

Voor de meeste quadcopters betekent landen op het water dat de piloot erop uit moet om ze te redden (en dan de meeste van hun elektronische componenten te vervangen). Dit vliegtuig is anders. Het is volledig waterdicht en beschikt over een set zelfopvouwbare propellers die instorten bij lage onderwatersnelheden om de drone efficiënt te manoeuvreren wanneer deze onder water is. Daarna schuift hij automatisch uit wanneer de drone uit het water de lucht in gaat. De onderzoekers hebben de prestaties van de drone geoptimaliseerd zodat de overgang van water naar lucht ongeveer een derde van een seconde duurt, en net als een groep dolfijnen die uit het water springt, kan de drone overgangen tussen water en lucht herhalen, waarbij hij zeven van hen op een rij tijdens het testen in ongeveer 20 per seconde.

READ  Ingenieurs raadplegen 45 jaar oude Voyager-handleidingen om een ​​bug op te lossen

G/O Media krijgt mogelijk commissie

Save $70

Apple AirPods Max

Experience Next-Level Sound
Spatial audio with dynamic head tracking provides theater-like sound that surrounds you

As with any electronic device, a robot’s autonomous capabilities are often limited by the capacity of its batteries, and that’s especially the case for flying drones that rely on four electric motors constantly spinning to stay aloft. In laboratory settings, you’ll often see advanced robots attached to cable tethers that provide a non-stop source of power, but that’s not a great option for bots designed to explore the ocean depths or collect aerial data—or both, in this case.

To dramatically increase the range of this drone, and to help conserve battery power while traveling to and from a mission site, the researchers gave it an additional upgrade inspired by the remora fish, better known as the suckerfish, which uses an adhesive disc on top of its head to temporarily attach itself to other underwater creatures in order to hitch a ride and conserve energy.

Drones that can land in order to carry out targeted observations while preserving battery life are not a new idea, but like robots in a factory, they typically use mechanisms tailored for specific surfaces, like gelede klauwen die een tak vasthouden Of plakkerige, gekko-geïnspireerde voeten die aan muren blijven plakken. Voor een robotdrone die is ontworpen met het oog op flexibiliteit, wilden de onderzoekers een meer veelzijdige manier om aan een verscheidenheid aan oppervlakken te bevestigen: nat, droog, glad, ruw, gebogen of zelfs die onder water bewegen, waar de schuifkrachten van water een extreem sterke grip.

Remora’s zelfklevende schijf was de perfecte oplossing, met een ingebouwde overhang waardoor deze zelfs bij gedeeltelijk contact aan oppervlakken kan blijven kleven. Twee jaar geleden maakte Li Wen, een van de onderzoekers en auteur van het artikel dat vandaag is gepubliceerd, deel uit van een ander onderzoeksproject aan de Beihang University dat reverse-engineering heeft ondergaan hoe remora discus eigenlijk werkt.

Uit dit onderzoek bleek dat remora-vissen net als een zuignap aan oppervlakken blijven kleven, met een flexibele ovale rand van zacht weefsel die zorgt voor een strakke pasvorm. Wanneer water uit de opening tussen de remora en zijn gastheer wordt geperst, houdt de zuigkracht het op zijn plaats. Het oppervlak van de schijf van een remora is ook bedekt met randen die zijn opgesteld in kolommen en rijen die lamellen worden genoemd (vergelijkbaar met de hobbels die u op het dak van uw mond kunt voelen) die kunnen worden uitgerekt door spiersamentrekkingen om de kleine pezen aan te grijpen die meer van het bovenste deel van de mond. Gastheer. Deze lamellaire flenzen helpen ook om kleinere zuigcompartimenten te creëren die ze afgedicht houden, zelfs als de grotere lip van de schijf dat niet doet. In tegenstelling tot een zuignap, die zijn grip op een glad oppervlak loslaat wanneer een klein deel van de rand wordt opgetild, zal een remora standhouden.

Het team was in staat om een ​​synthetische versie van de zuigschijf van de remora te maken door middel van een vierlaagse aanpak. Ze hebben een superelastische laag bovenop gecombineerd met stijvere structuren eronder, evenals een laag met een netwerk van kleine kanaaltjes die kunnen worden opgeblazen wanneer ze vol vloeistof worden gepompt, ter vervanging van levend spierweefsel als een manier om lamellaire structuren te versterken om te vergroten zuigkracht.

Het zuigmechanisme is boven de onderwaterdrone gemonteerd, waardoor het op verschillende oppervlakken kan blijven plakken, zelfs als ze ruw aanvoelen, niet helemaal vlak zijn of een kleiner oppervlak hebben dan het zuigmechanisme. Net als een remora zou de drone, in theorie tenminste, een gastheer onder water kunnen vinden (niet meteen bang voor zijn roterende propellers) en zichzelf in een vrije vlucht laten zweven, waarbij alleen het zuigmechanisme nodig is om te werken, en de minimale belasting van de batterijen op bord. Hetzelfde kan in de lucht worden gedaan, hoewel de uitdagingen van het succesvol bevestigen van een drone aan een ander vliegtuig formidabel zouden zijn, zelfs iets dat zo langzaam is als een zweefvliegtuig heeft een minimumsnelheid van 40 mph: een moeilijk bewegend doel.

Het meest redelijke gebruik van het zuigmechanisme is als een manier om de drone tijdelijk ergens te plaatsen met een ideaal uitkijkpunt voor observaties op lange afstand. In plaats van te vertrouwen op zijn vier motoren om een ​​specifieke positie onder water te behouden terwijl hij zich verzet tegen bewegende stromingen, kan de drone zich aan een steen of stuk hout hechten en zijn motoren uitschakelen, terwijl hij nog steeds zijn sensoren en camera’s bedient. Hetzelfde kan worden gedaan boven de waterlijn, door de drone omhoog te laten vliegen en aan de zijkant van een hoog gebouw of de onderkant van een gondel van een windturbine te houden, metingen te doen en andere gegevens te verzamelen zonder gebruik te maken van de batterij-afzuigende motoren. Het is een batterijtechnologie-oplossing die nog steeds ongelooflijk beperkt is en de noodzaak om de batterijen zelf te repareren vermijdt.