Naukowcy wykorzystują biomimikrację i drukowanie 3D do opracowywania robotycznych ryb

Naukowcy, zainspirowani karpiami dla swoich wydrukowanych w 3D robotów, niedawno opublikowali artykuł zatytułowany "Mechatronic Design and Manufacturing Intelligent Robotic Fish for Bio-Inspired Swimming Modes" o ich zastosowaniu druku 3D, robotyki oraz biomimikry w celu opracowania Autonomicznego pojazdu podwodnego (AUV).

Streszczenie brzmi: "Artykuł przedstawia mechatroniczne projektowanie i produkcję biomimetrycznego autonomicznego prototypu ryb z gatunku" Carangiform "(i-RoF) z dwoma ogniwo napędowe mechanizmu ogonowego. W procedurze projektowej dostosowano podejście biomimetyczne z wieloma ogniwami, w którym wykorzystuje się fizyczne cechy prawdziwego karpia jako jego wielkość i strukturę. Odpowiednia szybkość ciała jest określana w zależności od trybów pływania i oscylacji ogona karpi. Prototyp składa się z trzech głównych części: przedniego sztywnego korpusu, dwuprzegubowego tylnego mechanizmu napędowego i elastycznej płetwy ogonowej. Prototypowe części są produkowane w technologii druku 3D. Aby naśladować podobne do ryb, silne chody pływackie, zaproponowano biomimetyczną strukturę kontroli lokomocji opartą na Centralnym Generatorze Wzorców (CPG). Zaprojektowana sieć jednokierunkowych łańcuchów CPG została zainspirowana neuronalnym rdzeniem kręgowym Lampreya i generuje stabilne rytmiczne wzorce oscylacyjne. Ponadto, mechanizm sterowania środkiem ciężkości (CoG) jest zaprojektowany i umieszczony w przednim sztywnym korpusie, aby zapewnić trójwymiarową zdolność pływania. Przy pomocy tego projektu, cechy robota są wykonywane za pomocą ruchów w przód, w tył, w górę i autonomicznie w basenie doświadczalnym. Maksymalna prędkość poruszania się robota może sięgać 0,8516 BLs-1, co zapewnia doskonałą wydajność pływania trójwymiarowego. "

Dwie najważniejsze rzeczy, które należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu robionych w 3D biomimetycznych robotów struktura ciała i tryby pływania, więc naukowcy spędzili dużo czasu obserwując i badając ryby, aby uzyskać odpowiedni projekt. Zgodnie z dokumentem, ponad 85% ryb płynie, pochylając swoje ciała i / lub płetwy ogonowe, znane również jako BCF, podczas gdy reszta płynie z ich medianą i / lub płetw piersiowych (MPF) CD3D .

"Istnieją dwa podstawowe podejścia do projektowania robotycznych ryb. Pierwszy to projekt biomimetyczny, który ma pewne wymagania, takie jak ogon z rozmiarem i liczbą stawów, aby zapewnić falę podróżującą ciała, oraz zdolność do pozostania na pewnej głębokości z kontrolą środkagrawitacja "- napisali naukowcy. "W drugim podejściu do projektowania wykorzystuje się wyłącznie efekty ruchowe ryb, ale nie są one fizycznie inspirowane prawdziwymi rybami."

Inspirowane energią biologiczną roboty wykorzystują oscylujące i / lub pobudzające ruchy ciała. Zrobotyzowany prototyp ryb z zespołu University of Firat replikuje tryby pływania typu Carangiform typu BCF z napędowym, napędzanym serwomechanizmem mechanizmem ogonowym; ma również przedni, sztywny korpus w kształcie torpedy, który pomieści wszystkie czujniki i elektronikę, a także mechanizm kontroli środka ciężkości (CoG) do poruszania się w górę i w dół.

Modele 3D robota ryby zostały najpierw zaprojektowane w SOLIDWORKS, a następnie przeniesione do Voxelizera, zanim zostaną wydrukowane w 3D z materiałem PLA, chociaż elastyczna płetwa ogonowa została wykonana z silikonowej formy. Żywicę epoksydową użyto do pokrycia każdej części, aby zapobiec możliwemu wyciekowi mikroporów, a po wykonaniu robota ryby, jego powierzchnia była pokryta syntetyczną farbą, aby zapobiec wyciekom spowodowanym przez pęknięcia kapilarne.

Ponieważ roboty ryb muszą umieć dostrzec statyczne i dynamiczne obiekty w swoim otoczeniu podczas pływania, zespół dodał trzy czujniki podczerwieni Sharp do swoich ryb, które ważą około 3,1 kg i mają około 500 mm długości, 76 mm szerokości i 215 mm wysokości . Dwu-ogniwowy mechanizm ogonowy zapewnia niezbędny nacisk, aby ryba mogła się poruszać.

"W niniejszym opracowaniu przedstawiono biomimetyczny projekt i produkcję inteligentnego zrobotyzowanego prototypu ryby (i-RoF) opartego na pływach inspirowanych biologią wykonuj prawdziwe eksploracje i misje badawcze "- podsumowali naukowcy. "Autotyczny prototyp ryb do trójwymiarowych zdolności ruchu jest badany w rzeczywistym systemie eksperymentalnym. W tych analizach wykonano ponad 72 różne badania eksperymentalne, aby uzyskać charakterystykę prototypu.

"W celu przetestowania działania uszczelniającego zamontowanych części, pracują one przez 6 godzin w wodzie wypełnionej wodą. Pula testów. Udaje się zaobserwować sukces testów szczelności. "

Przyszłe badania mogłyby skupić się na badaniu wydrukowanych w 3D robotów z wykorzystaniem prototypów w pętli zamkniętej, z wykorzystaniem różnych struktur kontrolnych, a także testowania ich zdolności pływania w różnych ciekach wodnych. / p>