Медузоподібні роботи одного разу зможуть очистити світові океани

Більша частина світу вкрита океанами, які, на жаль, дуже забруднені. Одна зі стратегій боротьби з купами відходів, які знаходяться в цих дуже чутливих екосистемах, особливо навколо коралових рифів, полягає в тому, щоб залучати роботів для очищення. Однак існуючі підводні роботи здебільшого громіздкі з жорсткими корпусами, нездатні досліджувати та брати зразки в складних і неструктурованих середовищах, і вони шумні через електричні двигуни або гідравлічні насоси.

Для більш відповідного дизайну вчені з Інституту інтелектуальних систем Макса Планка (MPI-IS) у Штутгарті звернулися до природи за натхненням. Вони сконфігурували універсального, енергоефективного й майже безшумного робота розміром з руку, натхненного медузами. Jellyfish-Bot є результатом співпраці відділів Physical Intelligence та Robotic Materials MPI-IS. «Універсальна роботизована платформа, схожа на медузу, для ефективного підводного руху та маніпуляції» була опублікована в Science Advances.

Для побудови робота команда використовувала електрогідравлічні приводи, через які тече електроенергія. Актуатори служать штучними м’язами, які живлять робота. Ці м’язи оточують повітряні подушки, а також м’які та жорсткі компоненти, які стабілізують робота та роблять його водонепроникним. Таким чином, висока напруга, що проходить через приводи, не може контактувати з навколишньою водою.

Джерело живлення періодично подає електрику через тонкі дроти, змушуючи м’язи скорочуватися та розширюватися. Це дозволяє роботу граціозно плавати та створювати завихрення під своїм тілом.

«Коли медуза пливе вгору, вона може захоплювати об’єкти на своєму шляху, створюючи течії навколо свого тіла. Таким чином вона також може збирати поживні речовини. Наш робот також циркулює воду навколо себе. Ця функція корисна для збору об’єктів. такі як частинки відходів. Потім він може транспортувати сміття на поверхню, де його пізніше можна буде переробити. Він також здатний збирати крихкі біологічні зразки, такі як риб’яча ікра. При цьому немає негативного впливу на навколишнє середовище. Взаємодія з водними видами є м’яким і майже безшумним», – пояснює Тяньлу Ван.грати

Його співавтор Хьон-Джун Джу з відділу роботизованих матеріалів продовжує: «За оцінками, 70% морського сміття опускається на морське дно. Пластмаса становить понад 60% цього сміття, на розкладання якого потрібні сотні років. Тому ми бачимо нагальну потребу в розробці робота, який би маніпулював такими об’єктами, як сміття, і транспортував його вгору. Ми сподіваємося, що підводні роботи одного разу зможуть допомогти в очищенні наших океанів».

Боти-медузи здатні переміщувати та ловити об’єкти без фізичного контакту, діючи поодинці або з кількома в комбінації. Кожен робот працює швидше, ніж інші аналогічні винаходи, досягаючи швидкості до 6,1 см/с. Крім того, Jellyfish-Bot вимагає лише низької вхідної потужності близько 100 мВт.

І це безпечно для людей і риб, якщо одного разу полімерний матеріал, який ізолює робота, розірветься. При цьому шум від робота не можна відрізнити від фонового рівня. Таким чином Jellyfish-Bot м’яко взаємодіє з навколишнім середовищем, не заважаючи йому — ,, так само як його природний аналог.

Робот складається з кількох шарів: одні роблять робота жорсткішим, інші служать для його утримання на плаву або ізоляції. Інший полімерний шар функціонує як плаваюча оболонка. Електричні штучні м’язи, відомі як HASEL, вбудовані в середину різних шарів. HASEL – це наповнені рідким діелектриком пластикові пакети, які частково вкриті електродами. Подача високої напруги на електрод заряджає його позитивно, тоді як навколишня вода заряджається негативно.

Це генерує силу між позитивно зарядженим електродом і негативно зарядженою водою, яка штовхає олію всередині мішечків вперед і назад, змушуючи мішечки стискатися та розслаблятися, нагадуючи справжній м’яз. HASEL можуть витримувати високі електричні напруги, створювані зарядженими електродами, і захищені від води ізоляційним шаром. Це важливо, оскільки м’язи HASEL ніколи раніше не використовувалися для створення підводного робота.

Першим кроком була розробка Jellyfish-Bot з одним електродом із шістьма пальцями або руками. На другому кроці команда розділила єдиний електрод на окремі групи, щоб незалежно їх активувати.

«Ми досягли захоплення об’єктів, зробивши чотири руки функціонуючими як гвинт, а дві інші — як захват. Або ми приводили в дію лише частину рук, щоб керувати роботом у різних напрямках. Ми також досліджували, як ми може керувати групою з кількох роботів. Наприклад, ми взяли двох роботів і дозволили їм підібрати маску, що дуже важко для одного робота. Два роботи також можуть співпрацювати, переносячи важкі вантажі. Однак на цей час наш Jellyfish-Bot потребує дроту. Це недолік, якщо ми дійсно хочемо використати його одного разу в океані», — каже Хьон-Джун Джу.

Можливо, дроти, що живлять роботів, скоро підуть у минуле. «Ми прагнемо розробити бездротових роботів. На щастя, ми досягли першого кроку на шляху до цієї мети. Ми включили всі функціональні модулі, такі як батарея та компоненти бездротового зв’язку, щоб уможливити майбутні бездротові маніпуляції», — продовжує Тяньлу Ван.

Команда прикріпила блок плавучості у верхній частині робота, а батарею та мікроконтролер – у нижній частині. Потім вони поплавали зі своїм винаходом у ставку студентського містечка імені Макса Планка в Штутгарті й змогли успішно керувати ним. Однак поки що вони не могли скерувати бездротового робота змінити курс і поплисти в інший бік. Знаючи команду, досягнення цієї мети не займе багато часу.