Robotumuz, ortak ay denizanasından ilham almıştır. Willyam Bradberry / Shutterstock 

Dünya üzerindeki el değmemiş ve el değmemiş vahşi doğanın son bölgelerinden bazıları denizlerin altında bulunmaktadır. Yine de bu deniz ekosistemleri, derin deniz madenciliği projeleri, petrol kuleleri ve açık deniz rüzgar çiftlikleri tarafından tehdit altındadır. Bu tesisler inşa edildiğinde ve bakımı yapıldığında, çevrelerindeki zengin ekolojik ağlara zarar verme eğilimindedirler.

Robotikçiler ve mühendisler, büyüyen açık deniz endüstrisinin deniz altı bileşenlerini onarmaya, korumaya veya incelemeye yardımcı olabilecek makineler yaratmanın yeni yollarını araştırarak bu sorunu çözmek için çalışıyorlar. Southampton Üniversitesi'nden meslektaşları Thierry Bujard ve Gabriel Weymouth liderliğindeki ekibim, bir çözüm buldu bu soruna, doğanın en zeki yüzücülerinden ilham alan su altı robotları tasarlıyor: ultra verimli ay denizanası.

Geleneksel su robotları iki ana amaç için tasarlanmıştır: verimli, uzun mesafe seyrüsefer açık su alanları boyunca ve su altındaki yapılara yakın yüksek manevra kabiliyeti gerektiren görevler için. Her iki robot türü de etkilidir, ancak çok az robot verimli seyahat ile yüksek manevra kabiliyetini birleştirir. Bu, su robotlarının çoğunun deniz altı ortamına da zarar vermeden açık deniz endüstrisini destekleyemeyecek kadar beceriksiz ve hantal olduğu anlamına geliyor.

Nitekim, açık denizdeki gelişmelerin giderek daha kırılgan ortamlara doğru genişlemesiyle, son teknoloji deniz robotları bile görevlerinin karmaşıklığıyla başa çıkmak için mücadele ediyor. Şu anda otonom derin deniz robotları geliştirmek için pek çok araştırma yapılıyor. X ödülü en heyecan verici fikirlerden bazılarına fon sağlamak.

Deniz makineleri

Mühendisler, bu zorluklara yanıt vermek için, yeni robotik su altı itiş gücü biçimlerine ilham vermek için biyolojiye baktılar. Milyonlarca yıllık evrimden sonra, mantığa göre suda yaşayan canlılar, mevcut su altı robotlarının zayıflıklarını gidermeye yardımcı olacak modeller sunmalıdır.

Farklı yüzgeçlerinin çırpılmasına dayanan balıkların yüzme modu, balıklar için birincil ilham kaynağı haline geldi. yeni su altı araçlarını denemek. Ancak denizanası tarafından tercih edilen darbeli jet yüzme modu, robotikçilerin taklit etmesi çok daha kolay olan daha ilgi çekici bir teknolojik çözüm sunan, dünyanın en verimli su altı tahrik mekanizması olarak kabul ediliyor.

Darbe jeti, numunenin gövdesinin içi boş bir boşluğunun döngüsel genişlemesi ve daralmasına dayanır. Bu sistem, eninde sonunda denizanasına bir tür itme gücü sağlayan suyun yutulmasını ve dışarı atılmasını sağlar.

Sadeliğine rağmen, bu yüzme stratejisi inanılmaz bir çeviklikle sonuçlanabileceği gibi enerji açısından da son derece verimli olabilir. En hızlı kalamar kadar seyahat edebilir Saniyede 8 metre denizanası iken bir darbe jet sistemi kullanarak Aurelia Aurita (ay denizanası olarak da bilinir) gezegendeki en verimli yüzücü.

Sualtı robotları yaparken bu organizmaları kopyalayarak, yüksek manevra kabiliyetini eşsiz verimlilikle birleştirebilen yeni su altı araçları tasarlayabiliriz. Bizim son araştırmalar, biyo-esinli yeni bir robot geliştirdik, bu robotun itici verimliliğiyle eşleşebilir. Aurelia Aurita. Bunu yapmak için, denizanasının yüksek itme verimliliğine ulaşmasını sağlayan temel ilkeyi taklit ettik: rezonans.

Aurelia aurita veya ay denizanası, dünyadaki en verimli yüzücü olarak kabul edilir. Richard A McMillin / Shutterstock

Rezonant robotik

Rezonans, yürüme, salıncakta oynama gibi birçok günlük aktivitede yaygın olarak karşılaşılan fiziksel bir fenomendir. hatta şarkı söylemek. Örneğin sallanan bir sarkaç izlersek, deneyimlerimizden biliyoruz ki, yerçekimi tarafından belirlenen dikey bir pozisyonda asılı durana kadar salınmaya devam edecek. Sarkacın salınım sıklığına "doğal frekansı" denir.

Tecrübemizden, sarkacın salınımını sürdürmek istiyorsak, bunu yapmanın en kolay yolunun, tıpkı bir çocuğu daha yükseğe ittiğimizde yaptığımız gibi, salınımının en yüksek noktasına her ulaştığında ona yardımcı bir dürtü vermek olduğunu da biliyoruz. salıncakta. Bunu yaptığımızda, sarkacın veya salınımın "yankılanmasına" izin veriyoruz.

Bu nedenle, bir dış kuvvet bir sistemi doğal frekansında etkilediğinde rezonans meydana gelir ve sistemin ihtiyaç duyulan kuvvetin bir kısmında daha büyük genlik salınımları elde etmesine neden olur. Rezonansta çalışmayı bu kadar verimli yapan da budur. Denizanasından ilham alan robotumuzun itiş gücüne de aynı prensibi uyguladık.

Esnek bir itme sistemine sahip bir robot denizanası tasarlayarak, mekanizmayı rezonansa yönlendirmek için o elastiğin doğal doğal frekansından yararlanabileceğimizi varsaydık. Rezonansta, robotumuz enerji maliyetinin çok altında güçlü darbeli jetler çıkarırdı.

Geliştirdiğimiz robot, şemsiye benzeri bir mekanizmanın etkisiyle genişleyen ve çöken elastik bir iç hazneye sahip. Bir su tankında test edildiğinde, robot denizanasının elastik odasının doğal frekansına yaklaşırken, attığı hızın yüzme hızını arttırdığı görüldü. Robot denizanamızın rezonansa ulaştığını kanıtladı.

İster mekanik ister biyolojik olsun, kendisini iten bir sistemin verimliliği, emilen gücü, sistemin hızını ve kütlesini birleştiren bir denkleme dayanır. Robotumuza uygulandığında, bu denklem robot denizanamızı, Aurelia Aurita Deniz anası.

Bu, iki yönlü bir etkiyle çarpıcı bir sonuçtur. Bir yandan, mekanik bir sistemin doğanın en iyi yüzücülerinin itici verimini sağlayabileceğini ilk kez gösteriyor. Öte yandan, robotumuz biyolojik benzerlerinin olağanüstü yüzüşünü açıkladı - bu artık biyologların tamamen yeni bir bakış açısıyla denizanası ve kalamar araştırmalarına geri dönmesine yardımcı olabilir.

Doğanın en verimli yüzücülerinden esinlenen bir sistemden güç alan robot denizanamız, açık deniz rüzgar çiftliği endüstrisinin bir gün altyapılarının dalgaların altında yatan parçalarını korumak için kullanabileceği dinamik ve verimli bir su altı robotunun prototipini sağlıyor.

Yazarlar Hakkında

Şansölye'nin Robotik ve Otonom Sistemler Üyesi Francesco Giorgio-Serchi, University of Edinburgh

Bu makale, Southampton Üniversitesi'nden bu araştırma üzerinde de çalışan ekibe atıfta bulunmak için 24 Şubat 2021'de güncellendi.

Bu makale şu adresten yeniden yayınlandı: Konuşma Creative Commons lisansı altında. Okumak Orijinal makale.

İlgili Kitaplar

Düşüş: Küresel Isınmayı Tersine Çevirmek İçin Önerilen En Kapsamlı Plan

Paul Hawken ve Tom Steyer tarafından
Yaygın korku ve ilgisizlik karşısında, uluslararası araştırmacılar, profesyoneller ve bilim adamları koalisyonu, iklim değişikliğine gerçekçi ve cesur çözümler sunmak için bir araya geldi. Burada yüz teknik ve uygulama açıklanmaktadır - bazıları iyi bilinmektedir; bazılarını hiç duymamış olabilirsiniz. Temiz enerjiden düşük gelirli ülkelerde eğitimli kızlara, karbonu havadan çeken arazi kullanım uygulamalarına kadar uzanıyor. Çözümler var, ekonomik olarak uygun ve dünyadaki topluluklar şu anda onlara beceri ve kararlılıkla yaklaşıyor. Amazon'da Mevcut

İklim Çözümleri Tasarlama: Düşük Karbonlu Enerji Politika Rehberi

Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman tarafından
İklim değişikliğinin etkileri halihazırda üzerimizde olduğu için, küresel sera gazı emisyonlarını azaltma ihtiyacı acil olmaktan başka bir şey değildir. Bu ürkütücü bir zorluk ama bunun üstesinden gelmek için gerekli teknolojiler ve stratejiler bugün var. İyi tasarlanmış ve uygulanan küçük bir dizi enerji politikası, bizi düşük karbonlu bir geleceğe götürür. Enerji sistemleri büyük ve karmaşıktır, bu nedenle enerji politikası odaklı ve uygun maliyetli olmalıdır. Herkese uyan tek bir yaklaşım, işi tamamlamaz. Politika yapıcılar, iklim geleceğimiz üzerinde en büyük etkiye sahip olacak enerji politikalarını özetleyen ve bu politikaların nasıl iyi tasarlanacağını açıklayan açık ve kapsamlı bir kaynağa ihtiyaç duyuyor. Amazon'da Mevcut

Bu Everything değiştirir: Kapitalizm İklim vs.

Naomi Klein tarafından
In Bu her şey değiştirir Naomi Klein, iklim değişikliğinin vergiler ve sağlık hizmetleri arasında düzgün bir şekilde yapılması gereken bir başka konu olmadığını savunuyor. Bizi birçok yönden başarısızlığa uğratan ekonomik bir sistemi düzeltmek için bizi arayan bir alarm. Klein, sera gazı emisyonlarımızı büyük ölçüde azaltmanın, eş zamanlı olarak eşitsizlikleri azaltmak, kırılmış demokrasilerimizi yeniden hayal etmek ve yıkılmış yerel ekonomilerimizi yeniden inşa etmek için en iyi şansımız olduğu konusunu titizlikle oluşturuyor. İklim değişikliği inkarcılarının ideolojik çaresizliğini, gelecekteki jeo-mühendislerin münzevi sanrılarını ve çok sayıda ana akım yeşil girişimin trajik yenilgisini ortaya koyuyor. Ve o, pazarın neden iklim krizini çözemediğini ve çözemediğini ve bunun yerine, felaket kapitalizminin eşlik ettiği, daha da aşırı ve ekolojik olarak zarar verici ekstraksiyon yöntemleriyle işleri daha da kötüleştireceğini gösteriyor. Amazon'da Mevcut

Yayıncıdan:
Amazon'daki alımlar sizi getirme maliyetini düşürmeye gidiyor InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, ve ClimateImpactNews.com hiçbir ücret ödemeden ve tarama alışkanlıklarınızı izleyen reklamverenler olmadan. Bir linke tıklasanız da, bu seçilmiş ürünleri satın almasanız bile, Amazon ziyaretinde aldığınız her şey bize küçük bir komisyon öder. Size herhangi bir ek maliyet yoktur, bu yüzden lütfen çabaya katkıda bulunun. Ayrıca bu linki kullanabilirsiniz Amazon’u istediğin zaman kullanmak, çabalarımızı desteklemeye yardımcı olmak için.