O superavião subaquático pode voar em menos de um segundo

Os robôs têm sido tradicionalmente projetados com um propósito específico para realizar uma tarefa muito específica, mas pesquisadores da Universidade de Beihang estão adotando uma abordagem totalmente diferente com Novo drone robótico Ele pode operar debaixo d’água com a mesma facilidade no ar e apresenta um truque inteligente inspirado na natureza para aumentar seu alcance.

Quando você pensa em robôs, uma das duas versões provavelmente vem à mente: os humanos altamente capazes prometidos pela ficção científica, ou os braços articulados e imprudentes que realizam tarefas repetitivas em fábricas. A última abordagem é um pouco o que temos feito há décadas, mas à medida que a tecnologia lentamente alcança a imaginação dos autores de ficção científica, os designers de robótica começaram a desenvolver mecanismos capazes de realizar uma variedade de ações. Local de Boston DynamicsEle, por exemplo, usa quatro pernas de cachorro para navegar em diversos terrenos e realizar muitas tarefas diferentes, incluindo proteger as ruínas de Pompéia durante a noite e criar mapas 3D detalhados de áreas difíceis de serem visitadas pelos humanos.

Uma abordagem adaptativa torna mais fácil para empresas ou instituições de pesquisa justificarem o alto custo do robô, mas o que o Laboratório de Biomecânica da Universidade de Beihang e o Laboratório de Robótica Suave criaram é verdadeiramente único. Mesmo com pernas altamente articuladas, o Boston Dynamics ainda está limitado a missões em terra. Este novo drone pode realizar missões debaixo d’água, no ar ou ambos, sem a necessidade de modificações intermediárias.

Para a maioria dos quadricópteros, pousar na água significa que o piloto terá que sair para resgatá-los (e depois substituir a maioria de seus componentes eletrônicos). Este avião é diferente. É completamente à prova d’água e possui um conjunto de hélices auto-dobráveis ​​que colapsam ao operar em baixas velocidades subaquáticas para manobrar com eficiência o drone quando submerso. Em seguida, ele se estende automaticamente quando o drone sai da água e entra no ar. Os pesquisadores otimizaram o desempenho do drone para que a transição da água para o ar leve cerca de um terço de segundo e, como um grupo de golfinhos que saltam para fora da água, o drone é capaz de repetir as transições entre água e ar, realizando sete deles em uma fileira durante o teste em cerca de 20 por segundo.

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As with any electronic device, a robot’s autonomous capabilities are often limited by the capacity of its batteries, and that’s especially the case for flying drones that rely on four electric motors constantly spinning to stay aloft. In laboratory settings, you’ll often see advanced robots attached to cable tethers that provide a non-stop source of power, but that’s not a great option for bots designed to explore the ocean depths or collect aerial data—or both, in this case.

To dramatically increase the range of this drone, and to help conserve battery power while traveling to and from a mission site, the researchers gave it an additional upgrade inspired by the remora fish, better known as the suckerfish, which uses an adhesive disc on top of its head to temporarily attach itself to other underwater creatures in order to hitch a ride and conserve energy.

Drones that can land in order to carry out targeted observations while preserving battery life are not a new idea, but like robots in a factory, they typically use mechanisms tailored for specific surfaces, like tentáculos articulados segurando um galho Ou pés pegajosos inspirados em lagartixas que grudam nas paredes. Para um drone robótico projetado com flexibilidade em mente, os pesquisadores queriam uma maneira mais versátil de se conectar a uma variedade de superfícies: molhadas, secas, lisas, ásperas, curvas ou mesmo aquelas que se movem debaixo d’água, onde as forças de cisalhamento da água exigem aderência .Muito poderoso.

O disco adesivo da Remora foi a solução perfeita, pois inclui uma saliência embutida que permite que ele permaneça aderente às superfícies mesmo com contato parcial. Dois anos atrás, Li Wen, um dos pesquisadores e autor do artigo divulgado hoje, fazia parte de outro projeto de pesquisa na Universidade de Beihang que fez engenharia reversa de como a remora discus realmente funciona.

Esta pesquisa revelou que os peixes rêmora aderem às superfícies como uma ventosa, com uma borda oval flexível de tecido mole que cria uma vedação hermética. Quando a água é espremida para fora do espaço entre a rêmora e seu hospedeiro, a sucção a mantém no lugar. A superfície do disco de uma rêmora também é coberta com bordas alinhadas em colunas e fileiras chamadas lamelas (semelhantes às saliências que você pode sentir no céu da boca) que podem ser esticadas por contrações musculares para envolver os pequenos tendões que seguram mais a parte superior da boca. Hospedeiro. Esses flanges lamelares também ajudam a criar compartimentos de sucção menores que os mantêm vedados, mesmo que o lábio maior do disco não o faça. Ao contrário de uma ventosa, que solta sua aderência em uma superfície lisa quando uma pequena parte de sua borda é levantada, uma rêmora se sustenta.

A equipe conseguiu criar uma versão sintética do disco de sucção da rêmora por meio de uma abordagem de quatro camadas. Eles emparelharam uma camada superelástica no topo com estruturas mais rígidas embaixo, bem como uma camada com uma rede de minúsculos canais que podem ser inflados quando bombeados cheios de líquido, substituindo o tecido muscular vivo como uma forma de envolver estruturas lamelares para aumentar sucção.

O mecanismo de sucção montado acima do plano submersível permite que ele adira a uma variedade de superfícies, mesmo que sejam ásperas ao toque, não completamente planas ou tenham uma área de superfície menor que o mecanismo de sucção. Como uma rêmora, o drone poderia, pelo menos em teoria, encontrar-se um hospedeiro subaquático (sem medo imediato de suas hélices rotativas) e suspender-se em voo livre, exigindo apenas o mecanismo de sucção para operar e o consumo mínimo das baterias em borda. O mesmo pode ser feito no ar, embora os desafios de conectar com sucesso um drone a outra aeronave sejam formidáveis, mesmo algo tão lento quanto um planador tem uma velocidade mínima de 40 mph: um alvo em movimento difícil.

O uso mais razoável do mecanismo de sucção é como uma forma de posicionar temporariamente o drone em algum lugar com um ponto de vista ideal para observações de longo alcance. Em vez de depender de seus quatro motores para manter uma posição específica debaixo d’água enquanto luta contra correntes em movimento, o drone pode se prender a uma pedra ou pedaço de madeira e desligar seus motores, enquanto ainda opera seus sensores e câmeras. O mesmo pode ser feito acima da linha d’água, voando o drone para cima e colando na lateral de um prédio alto ou na parte inferior de uma nacela de uma turbina eólica, fazendo medições e coletando outros dados sem usar seus motores de drenagem de bateria. É uma solução de tecnologia de bateria que ainda é incrivelmente limitada e evita a necessidade de reparar as próprias baterias.