Рыба вдохновила инженеров на создание нового класса роботов-водолазов
Наравне с космическими исследовательскими миссиями, подводная разведка любого рода является крайне опасной и трудновыполнимой задачей. Чтобы облегчить работу водолазам, инженеры из Северо-западного университета в США представляют концепцию нового класса роботов-водолазов.
Чёрные ножетелки легко охотятся в кромешной темноте (фото Derek Ramsey/Wikimedia Commons).
Учёные вдохновлялись рыбой под названием чёрная ножетелка. Это хищное морское создание для ориентации в окружающей среде посылает слабый электрический импульс, создаваемый особым органом, а для передвижения совершает волнообразные движения длинным нижним плавником. Оба этих свойства решили "подарить" и новым роботам.
Роботы-водолазы, разработкой которых сейчас занимаются американские инженеры, будут особенно полезны для работы в труднодосягаемых и малоосвещённых местах, таких как затонувшие суда. Машины смогут легко маневрировать между препятствиями в полной темноте.
"На сегодняшний день в мире просто не существует достаточно эффективных роботов, которые могли бы полноценно функционировать в таких условиях. Затонувшие суда являются слишком опасными для того, чтобы отправлять туда людей, да и водолазы вряд ли хорошо справятся с работой в кромешной тьме мутной воды", — утверждает ведущий автор исследования Малкольм МакИвер (Malcolm MacIver).
Профессор МакИвер в своей лаборатории (фото Northwestern University).
То ли дело рыбы-ножетелки. Они спокойно плавают и охотятся ночью в реках бассейна Амазонки, где речное дно завалено корнями и ветвями деревьев. Преодоление препятствий для этих животных не проблема, и потому роботам стоит брать с них пример, считают исследователи.
МакИвер занимался изучением сенсорной и двигательной систем ножетелок в течение многих лет. Электрическое поле генерируется модифицированными нейронами, проходящими вдоль спинного мозга рыбы. Когда в поле "зрения" хищника попадает потенциальная жертва, ножетелка считывает кожей небольшие перепады в напряжении и тем самым идентифицирует добычу.
Возмущения крайне слабые — от десятой до сотой частей миллионной доли вольта, однако этого достаточно для того, чтобы рыба их почувствовала кожей.
"У ножетелок удивительная сенсорная система. Представьте себе, что всё ваше тело обтянуто сетчаткой глаза — тогда поймёте, каково это! — рассказывает МакИвер. — Электрическое поле распространяется во всех направлениях, а рецепторы покрывают всю поверхность тела, так что рыба может засечь добычу где угодно рядом с собой".
Прототип робота-водолаза, созданный по образу и подобию ножетелки (фото M. MacIver/Northwestern University).
В настоящее время в лаборатории профессора МакИвера моделируется среда, при которой робот сможет реагировать на окружающую действительность и двигаться соответственным образом. Особенности движения инженеры также планируют позаимствовать у ножетелок: рыбы плавают за счёт быстрых волнообразных движений, совершаемых длинным нижним плавником на брюхе.
"Завершив серию физических моделирований, мы вывели математическую формулу соотношения частоты движений и их амплитуды для получения нужной тяги. Этот этап позволил продвинуть нашу технологию вперёд ещё на немного", — сообщает МакИвер, недавно представивший свою разработку на ежегодном собрании Американской ассоциации содействия развитию науки.
Сегодня инженеры демонстрируют функции сенсорной и двигательной систем на двух отдельных роботах-прототипах. Объединение двух технологий в одно устройство — главная задача МакИвера и его команды на данный момент.
