Группа ученых из Института интеллектуальных систем Макса Планка (MPI-IS, Германия), Сеульского национального университета и Гарвардского университета успешно разработала прогностическую модель и контроллер с обратной связью для мягкой роботизированной «рыбы».
Решение предназначено для контроля изменений амплитуды волнообразного движения корпуса в зависимости от изменяющихся условий потока воды и других внешних факторов. Каждая сторона робота-рыбы состоит из мягких искусственных мышц, выполненных из компактных силиконовых камер. Через эти камеры ученые поочередно прокачивали воздух с каждой стороны.
При воздействии на силиконовые элементы путем их расширения с одной стороны на противоположной стороне формируется изгиб за счет сужения. Такое воздействие позволило сформировать волнообразный рисунок движения, характерный для живых рыб.
Чтобы измерить изгиб, ученые встроили современные мягкие датчики деформации, состоящие из тонкого слоя микроканалов, заполненных жидким металлом – это позволило обеспечить их растяжимость. Чем выше давление воздуха в каждой силиконовой камере исполнительного механизма, тем большую площадь покрывает сенсор. Затем ученые подключили датчик к омметру, чтобы измерить электрическое сопротивление: чем сильнее удлинялся сенсор при растяжении камеры, тем выше оказывалось его электрическое сопротивление внутри. Измеренные параметры позволили сделать выводы о характерных изменениях корпуса робота при определенном воздействии давления воздуха.
Разработчики протестировали роботизированную платформу в резервуаре, в котором имитировали изменение течения воды. В ходе нескольких экспериментов они проверили эффективности работы контроллера давления воздуха, который фиксировал показания датчика измерения плавательных характеристик робота. Эти данные использовали как основу для алгоритма самообучения контроллера. Таким образом, пневматическая система нагнетала необходимое количество воздуха в камеры, чтобы движение робота соответствовало разным скоростям потока воды.
Понимание основных механизмов передвижения организмов с гибким телом, таких как рыба, помогает в разработке искусственных мягких структур и позволяет использовать их для создания роботов. В будущем такие конструкции можно будет применять при исследованиях морских глубин и получении ценных данных о морской жизни, избегая шума и снижая риск застревания в узких пространствах, с которым сталкиваются жесткие подводные аппараты с традиционным двигателем.
Устройства, копирующие механику движения животных и рыб, также могут стать более энергоэффективным вариантом, поэтому все больше и больше ученых прилагают решения и разработки мягких исполнительных механизмов и датчиков. Кроме того, роботизированные копии рыб с сенсорной обратной связью предлагают моделирование нейромеханики рыб, обеспечивая важными данными соответствующую область биологии.
Материалы исследования опубликованы в журнале Wiley Advanced Intelligent Systems.
