Tejasri Gururaj tərəfindən , Phys.org

Lisa Lock tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləriYan-yana: təbii tumbleweed və onun robot həmkarı. Kredit: S. Manoharan

Nature Communications -da dərc olunan yeni bir araşdırma, enerjiyə qənaət edən yerüstü kəşfiyyat üçün yeni paradiqma təklif edən, küləklə idarə olunan hərəkətlilik və aktiv kvadrokopter idarəetməsini birləşdirən hibrid robotun təfərrüatlarını təqdim edir.

Hazırkı yerüstü kəşfiyyatlarda hərəkətlilik üçün küləkdən istifadə edən sistemlər yoxdur. Bundan əlavə, quru yelkənləri və şişmə kürələr kimi sürüklə idarə olunan robotlar böyük ölçülər və mürəkkəb yerləşdirmə tələb edir.

Tədqiqatçılar, Kəşfiyyat Sistemləri üçün Hibrid Enerjiyə Səmərəli Rover Mexanizmi və ya HERMES üçün ilham mənbəyini qeyri-adi bir yerdə tapdılar.

“İlham Neuşatel gölünün sahillərində küləkli bir qış günortadan sonra gəldi” dedi Ph.D. Sanjay Manoharan. EPFL-in Qabaqcıl İstehsal Texnologiyaları Laboratoriyasının tədqiqatçısı və tədqiqatın ilk müəllifidir. “Mən uçurtma sörfçülərinin küləkdən qövsləri kəsmək və asan qaldırmalara nail olmaq üçün istifadə etdiklərini izləyirdim… Bununla belə, mən başa düşdüm ki, təbiət bu sənəti bizdən çox əvvəl təkmilləşdirib.”

Manoharanın diqqəti ətraf küləkdən başqa heç nədən istifadə etmədən geniş səhra məsafələrini qət edən küləklə səpələnmiş ikonik bitkilərə çevrildi. Onların quruluşu həmçinin küləklə hərəkət edərkən toxum yaymağa imkan verir.

Bu, valehedici elmi tapmacaya səbəb oldu: Bu xaotik toplar bərk kürələrdən daha çox sürüklənmə yaradır. Bu, Manoharanı bu bitkinin sadə dizaynlarının edə bilmədiyi şeylərə necə nail olduğunu düşünməyə vadar etdi.Oyna

00:58

01:33SəssizParametrlərPIPTam ekrana daxil olun

OynaKredit: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-66513-1

Tumbleweed aerodinamiği

Tədqiqatçılar mayelərin hesablama dinamikası və külək tunelinin təcrübələrindən istifadə edərək, aerodinamikanı öyrənməyə başladılar. Onlar əvvəllər bildirilməyən struktur xüsusiyyəti aşkar ediblər.

Tumbleweeds şaquli məsaməlik gradientinə malikdir, yuxarıda təxminən 60% və aşağıda 40% məsaməlik var. Bu asimmetriya oyanma dinamikasını əsaslı şəkildə dəyişdirir və təzyiq dirçəlməsini kəskin şəkildə artırır.

Tədqiqatçılar öz məqalələrində izah edirlər ki, “şaquli vəziyyətdə, yuxarı yarım, daha məsaməli olduğundan, hava axınının sərbəst keçməsinə imkan verdi. Bunun əksinə, alt yarısı daha sıx idi və beləliklə, daha çox müqavimət təklif etdi”. Ters çevrildikdə, daha sıx bölgə bərk kürə kimi perimetri ətrafında havanı məcbur edir, məsaməli aşağı hissə isə iki loblu oyanma nümunələri yaradır.

12 m/s sürətlə əsən küləklər məsaməli olmasına baxmayaraq, bərk kürələrə nisbətən 50% daha çox sürüklənmə əmələ gətirirdi. Komanda həmçinin aşağı küləklərdə sallanmalar və yüksək sürətlə hoppanmalar da daxil olmaqla, tumbleweedin xarakterik yuvarlanma davranışını yaradan oriyentasiyadan asılı qaldırma qüvvələrini kəşf etdi.

Bioinspired dizayn

Tədqiqatçılar robototexnika tətbiqləri üçün bu anlayışlara əsaslanaraq selektiv lazer sinterləmə üsulundan istifadə edərək mühəndislik məsaməlilik qradiyenti ilə yüngül sferik qabıqlar hazırlayıblar.

Bio-ruhlandırılmış kürə həm təbii tumbleweedləri, həm də bərk kürələri üstələdi, sadəcə 1 m/s külək sürətində asanlıqla yuvarlandı və əhəmiyyətli dərəcədə daha yüksək sürtünmə qüvvələri yaratdı.

“Struktur yuvarlanma və təsirlərə dözmək üçün kifayət qədər güclü, passiv hərəkət üçün sürüklənmə yaratmaq üçün kifayət qədər məsaməli və hələ də sensorları və ya hərəkət sistemini saxlamaq üçün kifayət qədər geniş olmalıdır” dedi Manoharan. “Bu balansa nail olmaq üçün xüsusi hesablama modelləşdirmə tələb olunur.”

Öz çəkisindən bir neçə dəfə çox faydalı yüklə yüklənmiş kürə dik yamaclara qalxdı və çöl sınaqlarında GPS ilə təchiz olunmuş şəbəkələr yaratdı, coğrafi etiketli ətraf mühit məlumatlarını uzun məsafələrə ötürərkən avtonom şəkildə əraziyə dağıldı.

Hibrid yanaşma

Küləklə idarə olunan passiv hərəkət bənzərsiz enerji səmərəliliyi təklif etsə də, kritik bir məhdudiyyətlə üzləşir: durğunluq.

Manoharan qeyd etdi ki, “Külək kəsəndə və ya ərazi mürəkkəbləşəndə ​​onlar ilişib qalırlar”.

Bunu həll etmək üçün komanda məsaməli kürə içərisində yüngül kvadrokopter yerləşdirdi. Sistem dörd rejimdə işləyir: ərazinin oriyentasiyası üçün yuvarlanma, istiqamət dəyişikliyi üçün fırlanma, yer səviyyəsində hərəkət üçün sürüşmə və maneələri təmizləmək üçün hava rejimi.

“Rəhbər fəlsəfə gözəl sadədir və enerjidən xəbərdardır” dedi Manoharan. “Əgər külək əsirsə və robot yuvarlanırsa, o, tamamilə passiv qalır və sıfır enerji sərf edir. Hərəkət müəyyən müddət ərzində dayanarsa, o, aşağı enerjili bir dürtməyə – yerini dəyişmək üçün sürətli motor impulsuna cəhd edir. Uçuş həmişə son çarədir.”

Laboratoriya testləri diqqətəlayiq effektivlik nümayiş etdirdi. Labirent naviqasiya təcrübələrində HERMES yalnız aktiv idarəetmə ilə müqayisədə (50 mVt-a qarşı 26 mVt/saat) 48% daha az enerji sərf edərək, kursu 37% daha sürətli (105 saniyəyə qarşı 166 saniyə) tamamlayıb. Cəmi 0,25-0,5 saniyəlik qısa mühərrik partlamaları davamlı işə salma ilə müqayisədə 90-95% enerji qənaəti ilə 25-50 dərəcə kurs korreksiyasına imkan verdi.

Tətbiqlər və gələcək istiqamətlər

Tədqiqatçılar HERMES-in planetar kəşfiyyata, fəlakətdən sonrakı xəritələşdirməyə və mina aşkarlamağa imkan verəcəyini düşünürlər. Manoharanın sözlərinə görə, Marsda küləklə idarə olunan sürülər geniş ərazili biomarker axtarışları apara, əvvəlcədən planlaşdırılmış marşrutları mərkəzləşdirilməmiş əhatə dairəsi və təsadüfi kəşflər üçün dəyişdirə bilər.

“Mövcud missiyalar çox diqqətli planlaşdırmaya əsaslanır – tək bir roverin geniş əraziləri kəşf etməsi qeyri-mümkündür” dedi.

Yer kürəsində robotlar fəlakət zonalarında həyati təhlükə yaratmadan radiasiya və ya zəhərli şleyflərin xəritəsini çəkə və ya təhlükələri təhlükəsiz şəkildə qeyd etmək üçün Ukrayna, Əfqanıstan və Yəmən kimi bölgələrdə minalanmış sahələr üzərində sürüşə bilər. Sahə sınaqları onların qayaları və kökləri tək küləklə heyrətləndirici dərəcədə yaxşı idarə etdiyini, coğrafi etiketli məlumatları ötürmək üçün GPS mesh şəbəkələrini meydana gətirdiyini göstərdi. Bununla belə, hündür otlar inadkar bir sərhəddi.

Laboratoriya sürprizlərinə robotu küləyin ələ keçirməsi üçün istiqamətini dəyişdirən qısa 0,25 saniyəlik zərbələr daxildir. Gələcək iş IMU əsaslı sonlu dövlət maşınları, günəş enerjisi yığımı, sürü koordinasiyası və məsaməliyi tez bir zamanda tənzimləyən adaptiv qabıqlar vasitəsilə muxtariyyəti hədəfləyir. Hazırkı 2 dəqiqəlik hoverlər davamlı uçuşu məhdudlaşdırır, lakin selektiv aktivləşdirmə artıq enerji istehlakını azaldır.

Layihənin mənşəyi üzərində düşünən Manoharan ilkin fikrinə qayıdır: Mübarizəni dayandırıb üzməyə başlasaq nə olar?

Müəllifimiz Tejasri Qururaj tərəfindən sizin üçün yazılmış, Lisa Lock tərəfindən redaktə edilmiş və Robert Eqan tərəfindən yoxlanılmış və nəzərdən keçirilmiş bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Bu hesabat sizin üçün əhəmiyyət kəsb edirsə, lütfən, ianə (xüsusilə aylıq) nəzərdən keçirin. Siz təşəkkür olaraq reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .

Ətraflı məlumat: Sanjay Manoharan və digərləri, yerüstü kəşfiyyat üçün hibrid hərəkətliliyə malik Tumbleweed-dən ilham alan robotlar, Təbiət Əlaqələri (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-66513-1 .

Jurnal məlumatı: Nature Communications 

© 2025 Science X Network