الأسماك الروبوتية الأولى لمواكبة سمك التونة


صمم المهندسون الميكانيكيون في كلية الهندسة بجامعة فرجينيا ، الذين يقودون تعاونًا مع علماء الأحياء من جامعة هارفارد ، أول سمكة روبوتية أثبتت أنها تحاكي سرعة وحركات التونة الصفراء الحية.

نُشرت الورقة التي تمت مراجعتها من قِبل الأقران ، "روبوتات التونة: منصة تجريبية عالية التردد لاستكشاف مساحة أداء أسماك السباحة" ، في 18 سبتمبر 2019 ، في مجلة Science Robotics ، وهي مجلة فرع من العلوم مكرسة للتقدم التكنولوجي في العلوم الآلية والروبوتية هندسة.

برئاسة هيلاري بارت سميث ، الأستاذة في قسم الهندسة الميكانيكية والفضائية في هندسة UVA ، تم إنشاء مشروع التونة الآلي لمدة خمس سنوات ، وقدرها 7.2 مليون دولار ، ومبادرة الأبحاث الجامعية المتعددة التخصصات ، وقد منح مكتب الأبحاث البحرية الأمريكي بارت سميث دراسة سريعة وفعالة السباحة من الأسماك المختلفة. الهدف من مشروع بارت سميث هو فهم أفضل لفيزياء الدفع السمكي ، وهو البحث الذي يمكن أن يُفيد في نهاية المطاف بتطوير الجيل القادم من المركبات تحت الماء ، مدفوعة بأنظمة تشبه الأسماك أفضل من المراوح.

الروبوتات الموجودة تحت الماء مفيدة أيضًا في مجموعة من التطبيقات ، مثل الدفاع واستكشاف الموارد البحرية وتفتيش البنية التحتية والترفيه.

قبل أن تصبح أنظمة الدفع المستوحاة من الحياة حيوية للاستخدام العام والتجاري في المركبات المأهولة وغير المأهولة ، ومع ذلك ، يجب أن يكون الباحثون قادرين على فهم كيفية انتقال الأسماك وغيرها من الكائنات الحية عبر المياه بشكل موثوق.

وقال بارت سميث: "لم يكن هدفنا مجرد بناء روبوت. لقد أردنا حقًا فهم علم السباحة البيولوجية". "كان هدفنا هو بناء شيء يمكننا اختبار الفرضيات فيما يتعلق بما يجعل السباحين البيولوجيين بهذه السرعة والكفاءة".

احتاج الفريق أولاً إلى دراسة الميكانيكا البيولوجية للسباحين ذوي الأداء العالي. قام أستاذ علم الأحياء بجامعة هارفارد جورج ف. لاودر وفريقه من الباحثين بقياس ديناميكيات السباحة للسمك الأصفر وسمك التونة الصفراء. باستخدام هذه البيانات ، قامت بارت سميث وفريقها وعالم الأبحاث جيانتشونغ "جو" تشو ودكتوراه. صمم الطالب كارل وايت ، روبوتًا لا يتحرك فقط كسمكة تحت الماء ، ولكنه يتفوق على ذيله بسرعة كافية للوصول إلى سرعات مكافئة تقريبًا.

ثم قاموا بمقارنة الروبوت الذي أطلقوا عليه اسم "Tunabot" بالعينات الحية.

"هناك الكثير من الأوراق على الروبوتات السمكية ، لكن معظمها لا يحتوي على الكثير من البيانات البيولوجية. لذلك أعتقد أن هذه الورقة فريدة من نوعها في جودة كل من العمل الآلي والبيانات البيولوجية التي تم دمجها معًا في ورقة واحدة ،" قال لودر.

"ما يلفت النظر في النتائج التي نقدمها في الورقة هو أوجه التشابه بين البيولوجيا والمنصة الآلية ، ليس فقط من حيث حركيات السباحة ، ولكن أيضًا من حيث العلاقة بين السرعة وتردد الذبذبات وأداء الطاقة قال بارت سميث. "تمنحنا هذه المقارنات الثقة في منصتنا وقدرتها على مساعدتنا في فهم المزيد عن فيزياء السباحة البيولوجية."

يعتمد عمل الفريق على نقاط القوة في هندسة UVA في الأنظمة المستقلة. قسم الهندسة الميكانيكية والفضائية مشارك في مختبر Link UVA Engineering للأنظمة الفيزيائية الإلكترونية ، والذي يركز على المدن الذكية والصحة الذكية والأنظمة المستقلة ، بما في ذلك المركبات المستقلة.

يعد مشروع Tunabot بمثابة نتاج لمبادرة بارت - سميث الثانية المتخصصة في البحث العلمي متعددة التخصصات من جامعة الأبحاث البحرية. في عام 2008 ، حصل بارت سميث على جائزة بقيمة 6.5 مليون دولار لتطوير روبوت تحت الماء على غرار مانتا راي.

تجري اختبارات Tunabot في مختبر كبير في مبنى الهندسة الميكانيكية والفضائية في هندسة UVA ، في خزان تدفق يستغرق حوالي ربع الغرفة ، وفي جامعة هارفارد في منشأة مماثلة. يبلغ طول السمكة المقلدة التي لا عيون لها حوالي 10 بوصات ؛ المكافئ البيولوجي يمكن الحصول على ما يصل إلى سبعة أقدام طويلة. يبقي حبل خط الصيد الروبوت ثابتًا ، بينما يمر ضوء الليزر الأخضر عبر خط الوسط للأسماك البلاستيكية. يقيس الليزر حركة الموائع التي ألقاها الإنسان الآلي مع كل عملية مسح للذيل الملفوف. مع تسارع تيار الماء في خزان التدفق ، يتحرك ذيل Tunabot والجسم بالكامل بنمط انحناء سريع ، على غرار الطريقة التي يسبح بها التونة الصفراء الحية.

"نرى في أدبيات الروبوتات السمكية حتى الآن أن هناك نظمًا رائعة حقًا صنعها آخرون ، لكن البيانات غالبًا ما تكون غير متسقة من حيث اختيار القياس والعرض التقديمي. إنها فقط الحالة الحالية لحقل الروبوتات في الوقت الحالي. ورقتنا حول وقال وايت "Tunabot مهم لأن بيانات أدائنا الشاملة تضع الشريط عالياً للغاية".

وقال لودر إن العلاقة بين البيولوجيا والروبوتات دائرية. "أحد أسباب اعتقادي أننا لدينا برنامج بحثي ناجح في هذا المجال هو التفاعل الكبير بين علماء الأحياء والروبوتيين." يقوم كل اكتشاف في أحد الفروع بإبلاغ الآخر ، وهو نوع من حلقة التغذية الراجعة التعليمية التي تعمل باستمرار على تقدم العلوم والهندسة.

وقال بارت سميث "لا نفترض أن البيولوجيا تطورت إلى أفضل حل". "لقد كان لهذه الأسماك وقت طويل لتتطور إلى حل يمكّنها من البقاء ، على وجه التحديد ، لتناول الطعام والتكاثر وعدم تناولها. يمكننا أن نركز فقط على الآليات والميزات التي تعزز الأداء العالي والسرعة العالية دون أن تقيدها هذه المتطلبات. ، كفاءة أعلى. هدفنا النهائي هو تجاوز البيولوجيا. كيف يمكننا بناء شيء يشبه البيولوجيا ولكنه يسبح أسرع من أي شيء تراه هناك في المحيط؟ "

شارك المقالة عبر:

اترك تعليقا:

الاكتر شيوعا

Wikipedia

نتائج البحث

نموذج الاتصال

الاسم

بريد إلكتروني *

رسالة *

إجمالي مرات مشاهدة الصفحة

المشاركات الشائعة