ربات ما از چتر دریایی ماه معمولی الهام گرفته شده است. ویلیام بردبری / شاتر استوک 

برخی از آخرین مناطق بیابان بکر و دست نخورده روی زمین در زیر دریاها وجود دارد. با این حال این اکوسیستم های دریایی در معرض تهدید پروژه های استخراج در دریا ، سکوهای نفتی و مزارع بادی دریایی هستند. وقتی این امکانات ساخته و نگهداری می شوند ، به شبکه های غنی زیست محیطی اطراف آسیب می رسانند.

رباتیک ها و مهندسان در تلاشند تا این مشکل را برطرف کنند ، و به دنبال روش های جدید برای ایجاد ماشین هایی هستند که ممکن است به تعمیر ، نگهداری یا بازرسی از اجزای زیر دریا صنعت در حال رشد دریایی کمک کند. تیم من با هدایت همکاران تیری بوجارد و گابریل ویموث از دانشگاه ساوتهمپتون راه حلی پیدا کرد برای حل این مشکل ، طراحی ربات های زیر آب با الهام از هوشمندترین شناگران طبیعت: یک چتر دریایی ماه بسیار کارآمد.

ربات های آبی سنتی برای دو هدف اصلی طراحی شده اند: ناوبری از راه دور در امتداد آبهای باز و برای کارهایی که به قدرت مانور زیاد نزدیک به سازه های زیر آب نیاز دارند. هر دو نوع ربات موثر هستند ، اما تعداد کمی از ربات ها سفر کارآمد را با قدرت مانور بالا ترکیب می کنند. این بدان معناست که اکثر روبات های آبزی بسیار دست و پا چلفتی و دست و پا چلفتی هستند و نمی توانند از صنایع فراساحلی پشتیبانی کنند بدون اینکه به محیط زیر دریا آسیب برسانند.

در واقع ، با گسترش تحولات دریایی به محیط های شکننده فزاینده ، حتی پیشرفته ترین ربات های دریایی برای کنار آمدن با پیچیدگی ماموریت های خود تلاش می کنند. در حال حاضر تحقیقات زیادی در زمینه تولید ربات های خودمختار در اعماق دریا با ابتکاراتی از این دست انجام شده است Xprize ارائه بودجه به برخی از جالب ترین ایده ها.

ماشین آلات دریایی

برای پاسخگویی به این چالش ها ، مهندسان برای الهام بخشیدن به اشکال جدیدی از پیشرانه رباتیک زیر آب ، به دنبال زیست شناسی هستند. پس از میلیون ها سال تکامل ، این منطق می گوید ، موجودات آبزی باید مدل هایی را برای کمک به رفع نقاط ضعف محصول فعلی ربات های زیر آب ارائه دهند.

حالت شنای ماهی ها ، بر اساس ضربه زدن به باله های مختلف آنها ، منبع اصلی الهام بخشیدن به آنها شده است آزمایش با وسایل نقلیه جدید زیر آب. اما حالت شنای جت پالس که مورد علاقه چتر دریایی است به طور گسترده ای به عنوان کارآمدترین مکانیزم پیشرانه زیر آب جهان شناخته می شود ، و یک راه حل فنی جذاب تر را ارائه می دهد که تقلید آن برای رباتیک ها بسیار آسان تر است.

پالس زدگی به انبساط چرخه ای و انقباض حفره توخالی بدن نمونه متکی است. این سیستم بلع و دفع آب را به دنبال دارد ، که در نهایت نوعی پیشرانه را برای چتر دریایی فراهم می کند.

علیرغم سادگی ، این استراتژی شنا می تواند چابکی باورنکردنی و همچنین دارای انرژی بسیار بالا باشد. سریعترین ماهی مرکب می تواند تا 8 متر در هر ثانیه با استفاده از سیستم پالس جت ، در حالی که چتر دریایی اورلیا اوریتا (معروف به چتر دریایی ماه) معروف است کارآمدترین شناگر روی کره زمین.

با کپی برداری از این موجودات در هنگام ساخت ربات های زیر آب ، می توانیم وسایل نقلیه زیر آب جدیدی را طراحی کنیم که توانایی ترکیب قدرت مانور بالا و کارایی بی نظیر را دارند. در ما تحقیقات اخیر، ما یک ربات جدید الهام گرفته از زیست محیطی تولید کردیم که می تواند با کارایی پیشرانه آن مطابقت داشته باشد اورلیا اوریتا. برای انجام این کار ، ما از اصلی ترین اصل تقلید کردیم که چتر دریایی را قادر می سازد به راندمان پیشرانه بالای خود برسد: رزونانس.

Aurelia aurita یا چتر دریایی ماه به عنوان کارآمدترین شناگر روی زمین در نظر گرفته می شود. Richard A McMillin / Shutterstock

رباتیک رزونانس

طنین پدیده ای جسمی است که معمولاً در بسیاری از فعالیتهای روزمره مانند راه رفتن ، بازی با تاب و ... مشاهده می شود حتی آواز خواندن. به عنوان مثال اگر یک آونگ در حال چرخش را تماشا کنیم ، از تجربه می دانیم که تا زمانی که آرام بماند ، در حالت عمودی و همانطور که توسط گرانش تعیین می شود ، به نوسان ادامه خواهد داد. فرکانس نوسان پاندول به عنوان "فرکانس طبیعی" آن شناخته می شود.

از نظر تجربه ، ما همچنین می دانیم که اگر می خواهیم آونگ را نوسان دهیم ، ساده ترین راه برای انجام این کار این است که هر بار که به بالاترین نقطه از نوسان خود می رسد ، یک حرکت مفید به آن بدهیم ، درست مثل وقتی که کودک را بالاتر می بریم روی تاب وقتی این کار را انجام می دهیم ، اجازه می دهیم که آونگ یا نوسان "طنین انداز" شود.

بنابراین ، تشدید هنگامی اتفاق می افتد که یک نیروی خارجی بر یک سیستم با فرکانس طبیعی آن تأثیر بگذارد و باعث شود سیستم در کسری از نیروی مورد نیاز به نوسانات دامنه بزرگتری برسد. این همان چیزی است که عملکرد با رزونانس را بسیار کارآمد می کند. ما همین اصل را در پیشرانه ربات الهام گرفته از چتر دریایی خود اعمال کردیم.

ما فرض کردیم که با طراحی یک ربات دریایی دریایی با سیستم پیشرانه الاستیک ، می توانیم از فرکانس طبیعی ذاتی آن الاستیک بهره ببریم تا مکانیسم را به سمت تشدید هدایت کنیم. در طنین انداز ، ربات ما با کسری از هزینه انرژی ، جت های پالسی قدرتمندی صادر می کند.

رباتی که ما توسعه دادیم دارای یک محفظه داخلی الاستیک است که تحت تأثیر مکانیزم چتر مانند منبسط شده و فرو می ریزد. هنگامی که در یک مخزن آب آزمایش شد ، مشخص شد که این ربات با نزدیک شدن به سرعت حرکت آن به فرکانس طبیعی محفظه الاستیک ربات دریایی ، سرعت شنای خود را افزایش می دهد. این ثابت کرد که چتر دریایی ربات ما طنین انداز شده است.

کارایی سیستمی که خود ، چه مکانیکی و چه بیولوژیکی ، خود را پیش می برد ، مبتنی بر معادله ای است که قدرت جذب شده ، سرعت سیستم و جرم آن را با هم ترکیب می کند. این معادله هنگامی که روی ربات ما اعمال می شود ، چتر دریایی ربات ما را با هم برابر می کند اورلیا اوریتا عروس دریایی.

این یک نتیجه قابل توجه با تأثیر دوگانه است. از یک طرف ، برای اولین بار نشان می دهد که یک سیستم مکانیکی می تواند به کارایی پیشرانه بهترین شناگران طبیعت دست یابد. از طرف دیگر ، ربات ما در مورد شنای برجسته همتایان بیولوژیکی خود توضیح داده است - که اکنون ممکن است به زیست شناسان کمک کند تا با دیدگاه کاملاً جدیدی به مطالعه دریاهای دریایی و ماهی مرکب برگردند.

با بهره گیری از سیستمی که از کارآمدترین شناگران طبیعت الهام گرفته شده است ، ربات دریایی ما نمونه اولیه ای از یک ربات زیر آب پویا و کارآمد را ارائه می دهد که ممکن است روزی صنعت مزارع بادی دریایی از آن برای حفظ قسمت هایی از زیرساخت های خود که در زیر امواج قرار دارد استفاده کند.

درباره نویسنده

فرانچسکو جورجیو-سرچی ، همیار رئیس رباتیک و سیستم های خودمختار ، دانشگاه ادینبورگ

این مقاله در تاریخ 24 فوریه 2021 برای اعتبار دادن به تیم دانشگاه ساوتهمپتون که همچنین روی این تحقیق کار کرده است ، به روز شد.

این مقاله از مجله منتشر شده است گفتگو تحت مجوز Creative Commons دفعات بازدید: مقاله.

کتاب های مرتبط

رها کردن: برنامه جامع تر که تا کنون پیشنهاد معکوس گرم شدن جهانی شده است

توسط پل هاوک و تام استایر
در برابر ترس و بی تفاوتی گسترده، یک ائتلاف بین المللی محققان، متخصصان و دانشمندان برای جمع آوری راهکارهای واقع بینانه و جسورانه برای تغییرات آب و هوایی آماده شده است. صد روش و شیوه در اینجا توضیح داده شده است. برخی از آنها به خوبی شناخته شده اند. برخی از شما ممکن است هرگز از آن شنیده نشده است. آنها از انرژی پاک به آموزش دادن دختران در کشورهای با درآمد پایین به شیوه های استفاده از زمین است که کربن را خارج از هوا می کند. راه حل های موجود، از لحاظ اقتصادی قابل اجرا هستند، و جوامع در سراسر جهان در حال حاضر آنها را با مهارت و عزم را در اختیار دارد. موجود در آمازون

طراحی راه حل های آب و هوایی: راهنمای سیاستی برای انرژی کم کربن

توسط هال هاروی، رابی اورویس، جفری ریسمن
با توجه به تأثیرات تغییرات اقلیمی بر ما ، نیاز به کاهش انتشار گازهای گلخانه ای جهانی چیزی فوری نیست. این یک چالش دلهره آور است ، اما فناوری ها و استراتژی های پاسخگویی به آن امروز وجود دارد. مجموعه کوچکی از سیاست های انرژی ، به خوبی طراحی و اجرا شده ، می تواند ما را در مسیر آینده با کربن کم قرار دهد. سیستم های انرژی بزرگ و پیچیده هستند ، بنابراین سیاست انرژی باید متمرکز و مقرون به صرفه باشد. رویکردهای متناسب با همه کارها به سادگی کار را به پایان نمی رسانند. سیاست گذاران به یک منبع جامع و واضح نیاز دارند که سیاست های انرژی را که بیشترین تأثیر را در آینده آب و هوایی ما دارند ، به طور خلاصه بیان کند و نحوه طراحی مناسب این سیاست ها را شرح دهد. موجود در آمازون

این همه چیز تغییر: سرمایه داری در مقابل آب و هوا

توسط Naomi Klein
In این همه چیز تغییر نائومی کلین استدلال می کند که تغییر آب و هوا تنها مسئله دیگری نیست که به طور منظم بین مالیات و مراقبت های بهداشتی ثبت شود. این یک زنگ خطر است که ما را به رفع یک سیستم اقتصادی است که در حال حاضر ما را از بسیاری جهات شکست. کلاین دقیقا برای اینکه چگونه میزان انتشار گازهای گلخانه ای خود را به طور عظیم کاهش می دهد، ما بهترین فرصت را برای کاهش همزمان نابرابری های خفیف، دوباره تصور دموکراسی های شکسته ما و بازسازی اقتصادهای محلی خود داریم. او در معرض نومیدی ایدئولوژیک از انکار کنندگان تغییرات اقلیمی، خطاهای مسیحیت مهندسان ژئواستراتژیک آینده و ناکامی غم انگیز بسیاری از طرح های اصلی جریان سبز قرار می گیرد. و او به طور دقیق نشان می دهد که چرا بازار بازار بحران آب و هوایی را نداشته و نمی تواند آن را حل کند، بلکه بدتر از همه با بدتر شدن روش های استخراج سنگین و اکولوژیکی، همراه با سرمایه داری فاجعه بار است. موجود در آمازون

از ناشر:
خرید در آمازون برای هزینۀ آوردن شما هزینه می کند InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, و ClimateImpactNews.com بدون هزینه و بدون تبلیغاتی که عادت مرور شما را دنبال می کنند. حتی اگر روی یک لینک کلیک کنید اما این محصولات انتخابی را خریداری نکنید، هر چیزی که شما در همان بازدید از آمازون خریداری می کنید، یک کمیسیون را به ما می دهد. هیچ هزینه اضافی برای شما وجود ندارد، پس لطفا در تلاش باشید. شما همچنین می توانید از این لینک استفاده کنید برای استفاده از آمازون در هر زمان، بنابراین می توانید به حمایت از تلاش های ما کمک کنید.