O robô suave imita os antigos cefalópodes para movimento subaquático eficiente e com baixo ruído

A natureza há muito tempo serve como inspiração para a engenharia de ponta-especialmente no domínio da propulsão subaquática.

Em um estudo recente publicado na edição de julho de Robótica NPJMihai “Mishu” Duduta, professor assistente da Escola de Engenharia Mecânica, Aeroespacial e de Manufatura na Faculdade de Engenharia, juntamente com sua equipe de estudantes de pós -graduação, revelou Robonautilus.

“Robonautilus é um sistema robótico totalmente macio inspirado na mecânica de propulsão a jato dos cefalópodes”, diz Duduta. “Ao imitar a anatomia exclusiva e a dinâmica fluida desses antigos animais marinhos, a equipe demonstrou uma nova abordagem para locomoção subaquática eficiente e de baixo ruído, alimentada inteiramente por atuadores de elastômero dielétrico (DeAs)”.

A equipe escolheu esse animal porque é difícil de replicar e historicamente apropriado. O robô é inspirado no USS Nautilus, que foi o primeiro submarino de energia nuclear, construído em Connecticut em 1955.

Duduta também sente uma forte conexão com o almirante Hyman Rickover, que liderou a construção do USS Nautilus em apenas três anos, uma grande façanha de engenharia e gerenciamento. Duduta diz que aprendeu muito sobre liderança e construção de equipes das lições de Rickover.

Os cefalópodes são os únicos nadadores naturais que usam propulsão jato pulsado para movimento, dependendo da expansão rítmica e da contração de uma cavidade do manto macio. Isso lhes permite atrair e expulsar a água com força, impulsionando -se com uma eficiência e agilidade surpreendentes.

A reprodução desse mecanismo na robótica se mostrou difícil devido às limitações dos atuadores moles – a maioria das soluções depende de motores rígidos ou sistemas hidráulicos volumosos.

Entre em Robonautilus: Um robô subaquático totalmente integrado e independente que usa Deas multicamadas para dirigir a água por um sifão suave. Esses atuadores de estado sólido se deformam em resposta a alta tensão, eliminando a necessidade de peças rígidas, mantendo controle, eficiência e design compacto.

O resultado é um robô macio verdadeiramente bioinspirado, capaz de natação contínua, detecção a bordo e monitoramento ambiental. Com sua propulsão silenciosa e eficiente e design de corpo macio, Robonautilus é especialmente adequado para exploração em habitats marinhos sensíveis, onde robôs tradicionais e rígidos correm o risco de causar danos ou perturbações.

A concha de Robonautilus foi projetada usando impressão 3D, modelada após o Nautilus belauensis, com câmaras internas reestruturadas em eletrônicos domésticos e bolsos de ar para flutuabilidade e auto-destro.

Uma membrana de DEA macia, montada no bico anterior, imita o manto do animal. Quando energizado, a membrana infla e contrai ciclicamente, atraindo e expulsando a água para gerar impulso.

Além da propulsão, o Robonautilus demonstra potencial para o monitoramento ambiental. O robô inclui uma câmera a bordo, bem como sensores de temperatura e salinidade, integrados para testes de água rasa. Essas ferramentas permitem reunir dados -chave em delicados ecossistemas marinhos sem perturbar a vida ao redor – uma grande vantagem dos robôs macios sobre seus rígidos colegas.

As iterações futuras podem incorporar vetores de impulso, navegação autônoma e recursos de detecção mais avançados. Com materiais macios, energia a bordo e locomoção silenciosa à base de jato, Robonautilus aponta o caminho para uma nova classe de exploradores subaquáticos de baixo impacto para pesquisa, vigilância e conservação.

“Começamos com um Nautilus para deixar espaço para crescer”, diz Duduta. “Nautili existe há 480 milhões de anos e existem muitas variantes extintas com formas realmente interessantes”.

Duduta tem uma atividade de divulgação em Barrington, RI planejada para este outono, onde ele e sua equipe atingirão o trabalho de design de conchas com estudantes do ensino médio.

“Como o Nautili extinto não pode mais ser estudado ativamente, continuamos a debater novos designs de conchas”, diz Duduta. “Então, ajudaremos os estudantes do ensino médio a transformar o Nautili nos robôs para ver qual nada mais rápido e quais sobrevive no ponto mais profundo. Esses jovens estudantes poderão participar de nossa pesquisa, conectando biologia antiga à robótica moderna”.