این ربات پرواز می کند و روی آب به قایق تفریحی تبدیل می شود + تصویر

محققان دانشگاه فناوری و طراحی سنگاپور یک ربات سبک و چند حالته به نام ALBATROSS ابداع کرده‌اند که می‌تواند از ارتفاع رها شود، با چرخش بازوهایش سرعتش را کاهش داده، روی آب فرود آید و سپس به یک قایق بادبانی مستقل تبدیل شود.

گزارش کردن خدمات رباتیک یک مرحله ایاین ربات برای نظارت بر محیط های آبی طراحی شده است و در آزمایشات توانسته است چندین ساعت بدون دخالت مداوم انسان حرکت کند و داده های محیطی را ثبت کند.

ربات ALBATROSS که نامش مخفف Airborne Lander با حسگر شناور خودکار چرخان است، به جای تقلید کامل از یک حیوان، مکانیسم های چندین موجود مختلف را ترکیب می کند. محققان از دانه های افرا برای کاهش سرعت سقوط، از قوها برای دریانوردی و از ماهی برای سکان عقب الهام گرفته اند. این مطالعه در مجله Science Robotics منتشر شد.

ایده اصلی این پروژه از نیاز به روباتی شکل گرفت که بتواند در ماموریت های نظارت دریایی از هوا به منطقه مورد نظر برسد و پس از فرود بر روی آب به طور مستقل حرکت کند. در شرایط اضطراری مانند زمین لرزه های زیر آب، نشت نفت یا انتشار مواد شیمیایی، جمع آوری سریع اطلاعات معمولاً مستلزم اعزام کشتی های سرنشین دار، رهاسازی ربات در محل یا رویکرد پهپاد است. هر یک از این روش ها محدودیت های عملیاتی خاص خود را دارند.

در این راستا محققان به دنبال سیستمی بودند که بتواند مستقیماً از هوا در نزدیکی محل مورد نظر رها شود و پس از فرود بدون نیاز به پشتیبانی دائمی به ماموریت ادامه دهد. چنین سیستمی باید هم در هوا و هم در آب عملکرد خوبی داشته باشد و در عین حال ساده، سبک و کم هزینه باشد تا گروه های تحقیقاتی بتوانند از آن در عملیات واقعی استفاده کنند.

بیشتر بخوانید: این ربات 10 دلاری می تواند از پله ها بالا برود + تصویر

ترکیب الهامات بیولوژیکی در یک ربات چند حالته

گروه ALBATROSS به جای استفاده از طبیعت به عنوان یک الگوی کامل، آن را به عنوان مجموعه ای از مکانیسم های عملی در نظر گرفته است. مهندسان رافائل زوفاری و آندره فارینها در سرمقاله‌ای مرتبط با این تحقیق نوشتند که مکانیسم‌های مختلفی را می‌توان از طبیعت گرفت، دوباره ترکیب کرد و برای اهدافی استفاده کرد که فرآیند تکامل هرگز با آن مواجه نشده است.

قسمت هوایی ربات از رفتار دانه افرا الهام گرفته شده است. دانه افرا هنگام سقوط با چرخش در هوا سرعت خود را کاهش می دهد و همین اصل در ALBATROSS برای کاهش سرعت فرود استفاده می شود. بازوهای صلب ربات در هنگام سقوط می چرخند و نیروی مقاومتی ایجاد می کنند به طوری که ربات با سرعت کمتری به سطح آب می رسد.

محققان آناتومی قوی گنگ که با نام علمی Cygnus olor شناخته می شود را برای حرکت روی آب مورد مطالعه قرار دادند. بازوها که در هنگام سقوط به عنوان کاهش دهنده سرعت عمل می کنند، پس از فرود بر روی آب به بادبان تبدیل می شوند. این استفاده دوگانه از یک جزء، تعداد قطعات را کاهش داده و طراحی ربات را ساده کرده است.

سکان عقب ربات نیز از باله دم ماهی ها الهام گرفته شده است. این قسمت زمانی اهمیت پیدا می کند که باد کافی برای حرکت بادبان وجود نداشته باشد یا ربات مجبور باشد خلاف جهت باد حرکت کند. سکان می تواند به حرکت ربات و افزایش قدرت مانور آن کمک کند.

یکی از ویژگی های مهم این طرح استفاده محدود از قطعات مکانیکی است. نسخه آزمایش شده ALBATROSS کمی بیش از دو پوند، معادل حدود یک کیلوگرم وزن دارد و تنها به سه محرک و سه سنسور اصلی متکی است. کاهش تعداد قطعات علاوه بر پایین نگه داشتن وزن، احتمال خرابی را نیز محدود می کند و هزینه ساخت را افزایش می دهد.

تست سقوط ربات آلباتروس از ارتفاع 149 متری

محققان عملکرد ALBATROSS را طی چندین آزمایش در دو مخزن آب در سنگاپور آزمایش کردند. در هر آزمایش، یک پهپاد با کنترل از راه دور، ربات را در ارتفاع حدود 490 فوتی از سطح آب حمل می کرد و سپس آن را رها می کرد.

پس از رها شدن، ربات بازوهای خود را می چرخاند. این حرکت می توانست سرعت سقوط را از حدود 69 مایل در ساعت، معادل نزدیک به 111 کیلومتر در ساعت، به حدود 15 مایل در ساعت، نزدیک به 24 کیلومتر در ساعت کاهش دهد. محققان بیان کرده اند که این چرخش نیروی ضربه را هنگام برخورد با سطح آب تا 18 برابر کاهش می دهد.

این ربات پس از رسیدن به آب، تقریباً بلافاصله در موقعیت مناسب قرار می گیرد و به شکل یک قایق بادبانی کوچک در می آید. این فرآیند بدون نیاز به مکانیزم پیچیده جداگانه انجام می شود، زیرا همان بازوهای مورد استفاده در فاز سقوط به بادبان روی آب تبدیل می شوند.

در ادامه آزمایشات، حسگرهای داخلی ربات امکان مسیریابی و ثبت داده ها را بدون دخالت مستمر انسان فراهم کردند. ALBATROSS توانست در منطقه آزمایش حرکت کند و به طور مداوم اطلاعاتی مانند تغییرات رطوبت و دما را ثبت کند.

سادگی مکانیکی ربات با مصرف کم انرژی همراه است. در یکی از آزمایش‌هایی که حدود سه ساعت به طول انجامید، هنوز نزدیک به 50 درصد از ظرفیت باتری اصلی باقی مانده بود. این نتیجه نشان می دهد که ALBATROSS می تواند به ماموریت های چند ساعته روی آب با مصرف انرژی محدود ادامه دهد.

محدودیت ها و جهت گیری آینده ربات های الهام گرفته از طبیعت

علیرغم نتایج مثبت آزمایشات، آلباتروس هنوز آماده فعالیت در شرایط بسیار سخت اقیانوسی نیست. احتمالاً بدنه کوچک و سبک این ربات تا مدت ها نمی تواند امواج قوی و محیط های بسیار متلاطم را تحمل کند. به همین دلیل، استفاده کنونی آن بیشتر به موقعیت هایی محدود می شود که شدت امواج و طوفان ها در حد قابل کنترلی باشد.

با این حال، اهمیت اصلی این پروژه به عملکرد عملی ربات محدود نمی شود. محققان بر این باورند که ALBATROSS می تواند نمونه ای از رویکرد جدید در طراحی ربات های الهام گرفته از زیستی باشد. در این رویکرد، مهندسان به جای ساخت ماشینی که به طور کامل از یک حیوان یا گیاه تقلید می کند، ویژگی های خبرجو چندین گونه را انتخاب کرده و در یک سیستم واحد اعمال می کنند.

نویسندگان می نویسند که ترکیب تعداد محدودی از محرک ها، ساختارهای الهام گرفته از طبیعت و دینامیک غیرفعال در محیط های هوا و دریا می تواند اصول کلی را برای طراحی ربات های سبک وزن، قابل رها شدن با هوا و کم مصرف ارائه دهد. چنین روبات‌هایی را می‌توان برای نقشه‌برداری دریایی و مأموریت‌هایی که برای دسترسی مستقیم انسان دشوار است، استفاده کرد.

ربات ALBATROSS نشان می دهد که طبیعت لزوما پاسخ کاملی به مسائل مهندسی نمی دهد، اما می تواند مجموعه ای از راه حل های جزئی را در اختیار طراحان قرار دهد. ترکیب خلاقانه این راه حل ها می تواند منجر به ایجاد ماشین هایی شود که نمونه مستقیمی در طبیعت ندارند.

این ربات همچنان با محدودیت هایی در دوام و استحکام مواجه است، اما طراحی آن نشان داده است که یک سیستم سبک وزن می تواند حالت های حرکتی متعدد را با حداقل اجزای مکانیکی ترکیب کند.

بیشتر بخوانید: این دست رباتیک خودران روی نوک انگشتان خود راه می رود + فیلم