Massaçusets Texnologiya İnstitutu tərəfindən

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Andrew Zinin tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Qanad çırpan robot qapalı su çənində sudan havaya keçir. Müəllif: Raphael Zufferey

Qağayılar, qağayılar, kəpənəklər və leyləklər həm uça, həm də üzə bilən 100 növ quşdan bəziləridir. Bu dalğıc quşları ovun ardınca üzmək üçün suya girə və uçmaq üçün havaya tullana bilirlər.

İsveçrənin Lozanna şəhərindəki MIT və EPFL mühəndisləri, təbii suda yaşayan bu pilotlardan ilhamlanaraq, su altında üzə bilən, sonra sudan çıxıb havada uçmağa davam edə bilən, dalğıc quşları kimi bir robot hazırlayıblar.

“Qanad çırpan hava-su nəqliyyat vasitəsi” və ya FAAV, 300 qramdan (10,6 unsiya) az çəkiyə malikdir və alimlərə dalğıc quşlarının hava və suda uçmasını təmin edən mexanikanı öyrənməyə kömək etmək üçün hazırlanmışdır.

Robotun mərkəzi gövdəsi və ya gövdəsi, iki elastik, çırpınan qanadı və idarə olunan quyruğu var. Qanadlar və quyruq müxtəlif ölçülərdə dəyişdirilə bilər. Su çənində və yerli göldə aparılan təcrübələrdə mühəndislər robotun suda üzməkdən səthi yarıb havada uçmağa qədər rahat keçməsinə imkan verən qanad ölçüsü, çırpınma tezliyi və quyruq bucağının kombinasiyalarını müəyyən etdilər.Oyna

00:0000:06SəssizParametrlərPIPTam ekrana daxil olun

Onların “Science” jurnalında dərc olunan nəticələri alimlərə dalğıc quşlarının uçuş mexanikalarını hava və suda – çox fərqli fiziki xüsusiyyətlərə malik mühitlərdə – hərəkət etmək üçün necə uyğunlaşdırdıqlarını anlamağa kömək edə bilər.

Bu dizayn həmçinin yeni bir sinif hava-su dronları və nəqliyyat vasitələrini də işə sala bilər. Tədqiqatçılar bu cür qanadlı robotların ənənəvi okean gəmilərinin girişi üçün çox təhlükəli olan su bölgələrinə uçmaq və nümunə götürmək üçün okeanoqrafiyada istifadə edilə biləcəyini düşünürlər.

MIT-də mexanika mühəndisliyi üzrə dosent Rafael Zufferey deyir: “Xəyalımız okeanoqrafların, dəniz bioloqlarının və sahil icmalarının üzvlərinin bu robotu qayıqdan və ya sahildən kosmosa buraxmasıdır və o, aysberq, liman qurğusu kimi maraq dairəsinə yaxın və ya balina dəstəsinin üzərindən uça bilər”.

“O, ölçmə aparmaq və ya nümunə götürmək üçün suya baş vurar və məlumatları ənənəvi metodların qiymətindən bir qədər ucuz qiymətə çatdırmaq üçün geri uçardı. Daha sonra isə daha çox dalış üçün geri qayıda bilərdi.”

Zufferey, EPFL və Vaşinqton ştatının Bellingham şəhərindəki Northwest Indian Kollecindən həmmüəlliflərin də daxil olduğu yeni tədqiqatın aparıcı müəllifidir.Təbii bir göldə çırpınan qanadlı robot sudan havaya keçir. Müəllif: Rafael Zufferey

Uçuş mexanikası

MIT-də Zufferey, tələbələri ilə birlikdə təbiətdəki biomekanikadan ilhamlanaraq hava və su nəqliyyat vasitələri hazırladığı AURA Laboratoriyasına rəhbərlik edir. Onların qurduğu robotlar kiçikdir və okeanların və su yollarının sağlamlığını maneəsiz şəkildə araşdırmaq və izləmək üçün hazırlanmışdır.

Komanda yeni işləri üçün havada və su altında uça bilən bir vasitə dizayn etməyi hədəfləyib. Hər hansı bir belə vasitə iki çox fərqli maddəyə uyğunlaşmalı və onlar arasında keçid etməli olacaq. Su havadan 1000 dəfə sıxdır və birindən və ya digərindən keçmək çox fərqli mexanika tələb edir. Yaxud insanlar belə düşünə bilərlər.

“Bu keçidin işləməsi üçün bir az uyğunlaşma etməlisiniz. Amma təbiətdə mövcud olan bir həll yolu var”, Zufferey deyir. “Puffinlər kimi quşlar havada çox sürətlə uça, saniyədə 3 metr sürətlə suda üzüb dala bilirlər. Onlar olduqca heyrətamiz şeylər edə bilirlər. Buna görə də bunun mümkün olduğunu bilirdik. Sadəcə heç kim bunu mobil robot sistemində sınamamışdı.”Bu tədqiqatda istifadə edilən robot üçün üç dəst qanad. Müəllif: Raphael Zufferey

Dalğıc quşlarının necə uçduğuna dair bir təsəvvür əldə etmək üçün komanda elmi ədəbiyyata baxdı və puffins, petrels, su quşları və digər dalğıc quşları haqqında mövcud məlumatları bir yerə topladı.

Onlar müşahidə ediblər ki, kiçik quşlar havada uçarkən saniyədə təxminən 10 dəfə, suda üzərkən isə saniyədə təxminən dörd dəfə qanad çırpırlar. Daha böyük quşların qanadları daha geniş olduqları üçün həm havada, həm də suda çırpma tezliyi bir qədər aşağıdır.

Quşların biomekanikasını nəzərə alaraq, komanda, dalğıc quşlarının tezliklərinə bənzər tezliklərdə çırpınmaq üçün hazırlanmış qanadlı robot hazırladı.

Sıçrayış etmək

Yeni robot, gövdəsi, iki qanadı və quyruğu ilə təxminən quşa bənzəyir. Korpusda batareya və krank milini hərəkətə gətirən suya davamlı elektrik mühərriki var ki, bu da öz növbəsində qanadları əvvəlcədən müəyyən edilmiş tezliklərdə yuxarı və aşağı pompalayır. Qanadlar suyu çəkməyə kömək etmək üçün hidrofob nanopartiküllərlə örtülmüş nazik membranlardan hazırlanmışdır. Quyruq isə motorlaşdırılıb və robotun yuxarı və ya aşağı uçmasına kömək etmək üçün bucağını dəyişdirməyə imkan verir.Təbii bir göldə çırpınan qanadlı robot sudan havaya keçir. Müəllif: Rafael Zufferey

Qanadlar müxtəlif ölçülərdə dəyişdirilə bilər. Tədqiqatçılar üç dəst qanad hazırlayıb sınaqdan keçirdilər: kiçik (60 santimetr enində), orta (80 santimetr) və böyük (100 santimetr). Onlar əvvəlcə kiçik bir su çənində, daha sonra isə İsveçrədəki Cenevrə gölündə təcrübələr apardılar.

Sınaqlarında robotu səthdən təxminən yarım metr aşağıda, sualtıya yerləşdirdilər. Onlar robotun uçuşu boyunca qanadların müəyyən tezliklərdə çırpılmasını, quyruğun isə müəyyən bucaq altında əyilməsini proqramlaşdırdılar. Daha sonra robotun hansı şəraitdə səthə doğru uğurla üzdüyünü, sudan çıxaraq havaya qalxdığını müşahidə etdilər.

Robot müxtəlif qanad ölçüləri, çırpma tezliyi və quyruq bucaqları ilə bir neçə uçuş həyata keçirdi. Ümumilikdə, komanda robotun orta ölçülü qanadlarla uçarkən etibarlı şəkildə uça, üzə və su ilə hava arasında keçid edə bildiyini aşkar etdi. Qanadlarda elastiklik əsasdır; qanadlar suda çırpma amplitudasını minimuma endirmək üçün kifayət qədər elastik və robotu havada saxlamaq üçün kifayət qədər möhkəm olmalıdır.

Tədqiqatçılar həmçinin robotun təxminən 5 hers tezliyi ilə və ya saniyədə beş dəfə qanad çaldığı zaman suyun üzərində saniyədə təxminən 1 metr sürətlə üzə bildiyini aşkar etdilər. Robot oxşar tezlikdə qanad çaldığı zaman havada saniyədə təxminən 6 metr sürətlə uça bilirdi. Robotun sürəti və qanad çalma tezliyi dalğıc quşlarının sürətinə bənzəyirdi.

Sudan havaya tullanmaq üçün robotun 70 dərəcə bucaq altında əyilməsi lazım olduğunu müəyyən etdilər – bu, nisbətən dik bir bucaqdır və robotun qanad uclarının suyun səthinə toxunmasının qarşısını alır, çünki robot yuxarı qalxıb havaya qalxır. Daha dik olarsa, robot yenidən suya əyilir.

Maraqlıdır ki, qanad ölçüsü, qanad tezliyi və quyruq meydançasının bu kombinasiyası robotun su altında üzməsinə, səthdən qalxmasına və bir çox dalğıc quşunun ayaqlarına ehtiyac duymadan uçmasına imkan verdi.

Puffin və ördək kimi quşlar suyun səthindən qalxdıqda, qanadlarını çırpmaqla və quyruqlarını açmaqla yanaşı, ayaqlarını da avar çəkirlər. Təəccüblüdür ki, Zufferey və həmkarları aşkar etdilər ki, heç olmasa robototexnikada sudan uçmaq üçün mütləq avarçəkmə manevrinə ehtiyac yoxdur.

“Quşlara baxsanız, əksər quşların uçmaq üçün səthdə avar çəkməli olduqlarını görə bilərsiniz. Və sual bu idi ki, robotlar üçün də eyni şeyə ehtiyacımız varmı? Və məlum oldu ki, bizə lazım deyil”, – deyə Zufferey bildirir.

Komanda gələcəkdə qanadların dizaynını təkmilləşdirir ki, yuxarı və aşağı çırpınmaqla yanaşı, onların da fırlanmasına imkan versin. Onlar həmçinin robotun dalğalı sularda üzmək və küləkdə uçmaq kimi turbulent şəraitdə performansını sınaqdan keçirəcəklər. Daha sonra isə okean elmləri ilə bağlı sualları cavablandırmaq üçün bu vasitəni istifadə etməyə ümid edirlər.

Zufferey deyir ki, “Okean elmində əsas çətinliklərdən biri həm tez-tez, həm də bir çox yerdə məlumat toplamaqdır ki, bu robot gələcəkdə bunu edə bilər. Bunu yalnız hər həftə deyil, hər saat göndərə bilərsiniz. O, yüksək sürətlə uça, suya dalıb geri uça, məlumatlarını çatdıra və dəfələrlə geri qayıda bilər.”

Nəşr detalları

Rafael Zufferey, Sudan tullanmaq: Qanad çırpmaqla hava-su hərəkəti, Elm (2026). DOI: 10.1126/science.aeb6744 . www.science.org/doi/10.1126/science.aeb6744

Jurnal məlumatları: Elm 

Əsas anlayışlar

Bioilhamlanmış yumşaq robotlarMassaçusets Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilir