Prvý obojživelný robotický vták dokáže lietať aj plávať pod vodou
KĽÚČOVÉ ZISTENIA:
-
Inžinieri zostrojili robota s hmotnosťou 250 g, ktorý prekonáva priepastný rozdiel v hustote vzduchu a vody.
-
Zariadenie využíva neutrálnu vztlakovú silu a špeciálne flexibilné krídla, ktoré sa vo vode ohýbajú až o 90°.
-
Prechod na hladinu zvládne robot za necelú sekundu, ak dodrží striktný výstupný uhol 70°.
Vedci z amerického inštitútu MIT a švajčiarskej univerzity EPFL úspešne vyvinuli robotický systém inšpirovaný stovkou druhov potápavých morských vtákov. Výskumníkov fascinovali zvieratá ako víchrovníky či alky, ktoré plynulo menia prostredie a používajú zhodné krídla na let aj na plávanie.
Zdroj foto: Raphael Zufferey - MIT
Výsledkom tohto výskumu je robot označovaný skratkou FAAV, ktorý prekonáva náročnú fyzikálnu prekážku v podobe odlišnej hustoty prostredia. Voda je približne 800x hustejšia ako vzduch, čo pri pohybe vytvára diametrálne odlišné tlaky na mechaniku celého zariadenia. Na prechod medzi týmito médiami stroj vôbec nepotrebuje žiadne prídavné vrtule, plávacie nohy ani zložité mechanizmy na mechanické skladanie konštrukcie.
Samotný stroj váži 250 g a jeho konštrukcia bola modelovaná tak, aby si pod hladinou udržal neutrálny vztlak. To znamená, že telo neklesá ku dnu ani samovoľne nestúpa na hladinu, čím šetrí kapacitu batérie pri pohybe. Fyzická stavba sa skladá z krátkeho zadného chvosta, vodotesného trupu so zapuzdrenými súčiastkami a dvoch tenkých ohybných krídel.
Zdroj foto: Raphael Zufferey - MIT
Najlepší kompromis pri testoch dosiahli krídla s rozpätím 80 cm, ktoré sú ošetrené vrstvou hydrofóbnych nanočastíc pre rýchle odpudzovanie kvapiek. Obalové materiály sú dimenzované tak, aby zabránili skratom palubnej elektroniky aj pri dlhodobom úplnom ponorení. Pohyb v takto rozdielnych podmienkach zabezpečuje pasívna flexibilita krídel v kombinácii s inteligentnou úpravou rýchlosti mávania.
Zdroj foto: Raphael Zufferey - MIT
Zatiaľ čo počas letu v atmosfére musia krídla udierať rýchlosťou až 11 Hz, pod hladinou sa frekvencia radikálne znižuje na 0,1 až 6 Hz. Tlak vody spôsobuje, že sa pružné membrány automaticky zohnú o 90°, čím sa zmenší ich profil a výrazne sa redukuje odpor. Vo vzdušnom priestore dosahuje zariadenie letovú rýchlosť približne 6 m/s, zatiaľ čo počas plávania sa tempo zníži na 1 m/s.
Analýzy naznačujú, že menšie krídla vo vode neznižujú spotrebu energie, ale slúžia výhradne na maximalizáciu rýchlosti úniku alebo lovu. Najkritickejšou fázou celého pohybu je vertikálny štart, teda výskok z hustej kvapaliny späť do plynného obalu Zeme. Robot dokáže túto prekážku zdolať za necelú sekundu, pričom potrebuje vykonať iba osem až desať presne vypočítaných mávnutí.
Zdroj foto: Raphael Zufferey - MIT
Výskumníci v sérii pokusov zistili, že systém prekoná povrchové napätie len vtedy, ak z vody vyletí pod uhlom presne 70°. Ak by stroj zvolil plochejší uhol, odpor tekutiny by prudko potiahol chvost smerom nadol a let by okamžite zlyhal. Pri strmšom vertikálnom stúpaní by sa zase ťažisko prevrátilo dozadu a zariadenie by padlo späť do vody.
Zistené aerodynamické hodnoty prístroja odhalili Strouhalovo číslo v rozsahu od 0,2 do 0,4, čo presne kopíruje účinnosť živých operencov. Merania dokázali, že ak vzdialenosť cieľa presiahne 15,5 m, je energeticky oveľa úspornejšie vzlietnuť, než pokračovať v plávaní.
Náklady na obstaranie súčiastok predstavujú sumu približne 300 USD a vedci voľne zverejnili trojrozmerné modely na tlač konštrukcie. V blízkej budúcnosti plánuje tím integrovať pokročilý autonómny navigačný systém a pridať podporu pre agresívnejšiu slanú morskú vodu. Zariadenie by sa tak mohlo uplatniť pri nenápadnom vzorkovaní ekosystémov, sledovaní migrujúcich veľrýb a monitorovaní ťažko dostupných pobrežných zón.
PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Poznatky z tohto výskumu dokazujú, že pasívna flexibilita materiálov plnohodnotne nahrádza komplexnú mechaniku a prináša novú generáciu odolných environmentálnych dronov.
Zdroj: newatlas.com foto: Raphael Zufferey - MIT
Zobrazit Galériu
