Balıkların yaptığı gibi şekillerini dinamik olarak değiştirebilen su altı yapıları, geleneksel sert gövdelere göre suyu çok daha verimli bir şekilde iterler. Ancak, pürüzsüz bir profili korurken vücut şekillerinin eğrisini değiştirebilen deforme olabilen cihazlar yapmak uzun ve zor bir süreçtir. Örneğin, MIT’nin RoboTuna’sı yaklaşık 3.000 farklı parçadan oluşuyordu ve tasarlaması ve inşa etmesi yaklaşık iki yıl sürdü.

MIT’deki araştırmacılar ve orijinal RoboTuna ekibinden biri de dahil olmak üzere, benzersiz bileşenler yerine basit tekrar eden alt yapılar kullanarak deforme olabilen su altı robotları oluşturmak için yenilikçi bir yaklaşım geliştirdiler. Ekip, yeni sistemi biri yılan balığı ve diğeri kanat benzeri bir hidrofoil olmak üzere iki farklı örnek konfigürasyonda gösterdi. Araştırmacılar, prensibin kendisinin biçim ve ölçekte neredeyse sınırsız varyasyona izin verdiğini söylüyor.

Büyücüler Sol Üst: Araştırmacılar, basit tekrar eden alt yapılar kullanarak deforme olabilen su altı robotları oluşturmak için yenilikçi bir yaklaşım geliştirdiler. Ekip, yeni sistemi, burada MIT çekici tankında resmedilen biri yılan balığı gibi olmak üzere iki farklı örnek konfigürasyonda gösterdi. | Sert Üst: Bireysel vokseller çoğunlukla, karmaşık şekillerde dar desteklere sahip dökme plastik parçalardan oluşan içi boş yapılardır. | Alt Sol: Ekip ayrıca kanat benzeri bir deniz otobüsü yarattı | Sağ Alt: Deforme olabilen robotlar, düşük yoğunluklu ve yüksek sertliğe sahip, voksel adı verilen kafes benzeri parçalardan yapılmıştır. | Tüm fotoğraflar araştırmacıların izniyle.

Çalışma, bugün Soft Robotics dergisinde, MIT araştırma görevlisi Alfonso Parra Rubio, profesörler Michael Triantafyllou ve Neil Gershenfeld ve diğer altı kişinin makalesinde yer verilmiş.

Denizcilik uygulamaları için yumuşak robotlara yönelik mevcut yaklaşımlar genellikle küçük ölçeklerde yapılırken, birçok yararlı gerçek dünya uygulaması metre ölçeğinde cihazlar gerektirir. Araştırmacıların önerdiği yeni modüler sistem, mevcut sistemleri ölçeklendirmek için ihtiyaç duyulacak türden yeniden düzenleme ve yeniden tasarlama gerektirmeden bu boyutlara ve ötesine kolayca genişletilebilir.

Parra Rubio, “Ölçeklenebilirlik bizim için güçlü bir noktadır” diyor. Sistemlerini oluşturan voksel adı verilen kafes benzeri parçaların düşük yoğunluğu ve yüksek sertliği göz önüne alındığında, “ölçeği büyütmeye devam etmek için daha fazla alanımız var” diyor, oysa şu anda kullanılan teknolojilerin çoğu “yüksek yoğunluklu malzemelere dayanıyor” diyor. daha büyük boyutlara geçişte ciddi sorunlar”.

Ekibin deneysel, konsept kanıtı cihazlarındaki bireysel vokseller, çoğunlukla karmaşık şekillerde dar desteklere sahip dökme plastik parçalardan oluşan içi boş yapılardır. Kutu benzeri şekiller bir yönde yük taşırken diğer yönlerde yumuşaktır; bu, sert ve esnek bileşenlerin farklı oranlarda harmanlanmasıyla elde edilen alışılmadık bir kombinasyondur.

Parra Rubio, “Yumuşak ve sert robotları ele almak yanlış bir ikilemdir” diyor. “Bu arada bir şey, bir şeyler inşa etmenin yeni bir yolu.” MIT’nin Bitler ve Atomlar Merkezi başkanı Gershenfeld, “bu, her ikisinin de en iyi unsurlarını birleştiren üçüncü bir yol” diye ekliyor.

Okyanus Bilimi ve Mühendisliğinde Henry L. ve Grace Doherty Profesörü olan Triantafyllou, “Gövde yüzeyinin pürüzsüz esnekliği, sürtünmeyi azaltabilen ve itici verimliliği artırabilen akış kontrolünü uygulamamıza olanak tanıyor, bu da önemli ölçüde yakıt tasarrufu sağlıyor” diyor. RoboTuna ekibinin bir parçası.

Ekibin deneysel, konsept kanıtı cihazlarındaki bireysel vokseller, çoğunlukla karmaşık şekillerde dar desteklere sahip dökme plastik parçalardan oluşan içi boş yapılardır. Kutu benzeri şekiller bir yönde yük taşırken diğer yönlerde yumuşaktır; bu, sert ve esnek bileşenlerin farklı oranlarda harmanlanmasıyla elde edilen alışılmadık bir kombinasyondur.

Parra Rubio, “Yumuşak ve sert robotları ele almak yanlış bir ikilemdir” diyor. “Bu arada bir şey, bir şeyler inşa etmenin yeni bir yolu.” MIT’nin Bitler ve Atomlar Merkezi başkanı Gershenfeld, “bu, her ikisinin de en iyi unsurlarını birleştiren üçüncü bir yol” diye ekliyor.

Okyanus Bilimi ve Mühendisliğinde Henry L. ve Grace Doherty Profesörü olan Triantafyllou, “Gövde yüzeyinin pürüzsüz esnekliği, sürtünmeyi azaltabilen ve itici verimliliği artırabilen akış kontrolünü uygulamamıza olanak tanıyor, bu da önemli ölçüde yakıt tasarrufu sağlıyor” diyor. RoboTuna ekibinin bir parçası.

https://player.vimeo.com/video/787619195?h=bba9d49f19

Ekibin ürettiği cihazlardan birinde vokseller uç uca uzun bir sıra halinde bağlanarak bir metre uzunluğunda yılan benzeri bir yapı oluşturuyor. Gövde, her biri beş vokselden oluşan dört bölümden oluşur ve merkezde, her iki taraftaki iki vokselin her birine bağlı bir teli çekerek onları büzerek yapının bükülmesine neden olan bir aktüatör bulunur. 20 ünitenin tüm yapısı daha sonra nervür benzeri bir destek yapısı ve ardından sıkı oturan su geçirmez neopren cilt ile kaplanır. Araştırmacılar, sudaki etkinliğini göstermek için yapıyı bir MIT çekme tankına yerleştirdiler ve gerçekten de dalgalı hareketler kullanarak kendisini ileri itmek için yeterli ileri itme gücü üretebildiğini gösterdiler.

Gershenfeld, “Daha önce birçok yılan benzeri robot vardı” diyor. “Ancak ölçeklenebilir bu basit yapı taşlarının aksine genellikle ısmarlama bileşenlerden yapılırlar.”

Örneğin Parra Rubio, NASA tarafından yapılan yılan benzeri bir robotun binlerce benzersiz parçadan oluştuğunu, oysa bu grubun yılanı için “60 kadar parça olduğunu gösteriyoruz” diyor. MIT RoboTuna’yı tasarlamak ve inşa etmek için harcanan iki yıla kıyasla, bu cihazın montajı yaklaşık iki gün içinde yapıldı, diyor.

Gösterdikleri diğer cihaz, aynı voksel dizisinden oluşan ancak profil şeklini değiştirebilen ve bu nedenle kaldırma-sürükleme oranını ve kanadın diğer özelliklerini kontrol edebilen kanat benzeri bir şekil veya hidrofoildir. Bu tür kanat benzeri şekiller, dalgalardan güç üretmekten gemi gövdelerinin verimliliğini artırmaya yardımcı olmaya kadar çeşitli amaçlar için kullanılabilir – bu, denizcilik önemli bir karbon emisyonu kaynağı olduğu için acil bir taleptir.

Yılandan farklı olarak kanat şekli, kanat eğriliğini değiştirdiğinde bile su geçirmez bir contayı korumak için birbirine bastırmak üzere tasarlanmış, pul benzeri üst üste binen karolarla kaplıdır. Muhtemel bir uygulama, bir geminin gövde profiline sürüklenmeye neden olan girdapların oluşumunu azaltabilecek ve böylece genel verimliliğini artırabilecek bir tür ekleme olabilir; bu, ekibin denizcilik endüstrisindeki işbirlikçilerle birlikte araştırdığı bir olasılıktır.

Oldendorff Carriers küresel katılım ve sürdürülebilirlikten sorumlu genel müdür Scott Bergeron, “MIT ekibinin hücresel sistemlerde hidrodinamik dönüşümün fizibilitesini göstermesi gibi bir dizi yenilikçi teknoloji, geleneksel tasarımlarda beklentileri karşılamamıza yardımcı olabilecek umut verici değişiklikleri temsil ediyor. Deniz taşımacılığının karbon ayak izini azaltmak için BM yetkisinin zorluğu.”

Nihayetinde konsept, itme gücü oluşturmak için morf olabilen vücut şekli kullanılarak balina benzeri bir dalgıç gemiye uygulanabilir. Yüzeyin altında kalarak, ancak geleneksel itiş gücünün gürültüsü ve türbülansı olmadan kötü hava koşullarından kaçabilen böyle bir araç. Konsept ayrıca, bir dönüş sırasında düz kalmak yerine hafifçe kıvrılabilen bir salma veya dümene sahip olmanın ekstra bir avantaj sağlayabileceği yarış yatları gibi diğer gemilerin parçalarına da uygulanabilir. Gershenfeld, “Sert olmak veya sadece bir kanatçık kullanmak yerine, balıkların yaptığı gibi eğri çizebilirseniz, dönüşte yolunuzu çok daha verimli bir şekilde değiştirebilirsiniz” diyor.

Araştırma ekibinde Çin’deki Westlake Üniversitesi’nden Dixia Fan; Benjamin Jenett SM ’15, PhD ‘ 20 of Discrete Lattice Industries; MIT’den Jose del Aguila Ferrandis, Amira Abdel-Rahman ve David Preiss; ve Yunanistan Demokritos Araştırma Merkezi’nden Filippos Tourlomousis. Çalışma, ABD Ordusu Araştırma Laboratuvarı, CBA Konsorsiyumu finansmanı ve MIT Deniz Hibe Programı tarafından desteklendi.

Kaynak:
https://meche.mit.edu/news-media/engineers-devise-modular-system-produce-efficient-scalable-aquabots