Los ingenieros mecánicos de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Virginia, que lideraron una colaboración con biólogos de la Universidad de Harvard, han creado el primer pez robótico que se ha demostrado que imita la velocidad y los movimientos del atún aleta amarilla vivo.
Su artículo revisado por pares, "Robótica del atún: una plataforma experimental de alta frecuencia que explora el espacio de rendimiento de los peces nadadores", se publicó el 18 de septiembre de 2019, en Ciencia robótica , una rama de ciencia revista dedicada a los avances tecnológicos en ciencia e ingeniería robótica.
Dirigido por Hilary Bart-Smith, profesora en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de UVA Engineering, el proyecto de atún robótico nació de una iniciativa de investigación universitaria multidisciplinaria de cinco años y $ 7.2 millones que la Oficina de Investigación Naval de EE. UU. Otorgó a Bart-Smith para estudiar la natación rápida y eficiente de diferentes peces. El objetivo del proyecto de Bart-Smith es comprender mejor la física de la propulsión de los peces, una investigación que eventualmente podría informar el desarrollo de la próxima generación de vehículos submarinos, impulsados por sistemas similares a los peces mejor quehélices.
Los robots submarinos también son útiles en una variedad de aplicaciones, como defensa, exploración de recursos marinos, inspección de infraestructura y recreación.
Sin embargo, mucho antes de que los sistemas de propulsión bioinspirados puedan volverse viables para uso público y comercial en vehículos tripulados y no tripulados, los investigadores deben poder comprender de manera confiable cómo los peces y otras criaturas se mueven a través del agua.
"Nuestro objetivo no era solo construir un robot. Realmente queríamos comprender la ciencia de la natación biológica", dijo Bart-Smith. "Nuestro objetivo era construir algo sobre lo que pudiéramos probar hipótesis en términos de lo que hacenadadores tan rápidos y eficientes ".
El equipo primero necesitaba estudiar la mecánica biológica de los nadadores de alto rendimiento. El profesor de biología de Harvard George V. Lauder y su equipo de investigadores midieron con precisión la dinámica de natación del atún aleta amarilla y la caballa. Con esos datos, Bart-Smith y su equipo, el científico investigador Jianzhong "Joe" Zhu y el estudiante de doctorado Carl White, construyeron un robot que no solo se movía como un pez bajo el agua, sino que batía su cola lo suficientemente rápido como para alcanzar velocidades casi equivalentes.
Luego compararon el robot que llamaron "Tunabot" con especímenes vivos.
"Hay muchos artículos sobre robots de peces, pero la mayoría de ellos no contienen muchos datos biológicos. Así que creo que este artículo es único en la calidad tanto del trabajo robótico como de los datos biológicos unidos en un solo artículo", Dijo Lauder.
"Lo que es tan fantástico con los resultados que presentamos en el artículo son las similitudes entre la biología y la plataforma robótica, no solo en términos de la cinemática de natación, sino también en términos de la relación entre la velocidad y la frecuencia de los latidos de la cola yrendimiento energético ", dijo Bart-Smith." Estas comparaciones nos dan confianza en nuestra plataforma y su capacidad para ayudarnos a comprender más sobre la física de la natación biológica ".
El trabajo del equipo se basa en las fortalezas de UVA Engineering en sistemas autónomos. El Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial participa en el Link Lab de UVA Engineering para sistemas ciberfísicos, que se centra en ciudades inteligentes, salud inteligente y sistemas autónomos, incluidos vehículos autónomos..
El proyecto Tunabot es una consecuencia de la segunda iniciativa de investigación universitaria multidisciplinaria altamente competitiva de Bart-Smith de la Oficina de Investigación Naval; en 2008, Bart-Smith recibió un premio de $ 6.5 millones para desarrollar un robot submarino modelado en una mantarraya.
Las pruebas de Tunabot se llevan a cabo en un gran laboratorio en el Edificio de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de UVA Engineering, en un tanque de flujo que ocupa aproximadamente una cuarta parte de la habitación, y en la Universidad de Harvard en una instalación similar.El pez réplica mide aproximadamente 10 pulgadas de largo; el equivalente biológico puede medir hasta siete pies de largo. Una cuerda de pescar mantiene estable al robot, mientras que una luz láser verde atraviesa la línea media del pez de plástico. El láser mide el movimiento del fluido queel robot con cada barrido de su cola fabricada. A medida que la corriente de agua en el tanque de flujo se acelera, la cola y todo el cuerpo del Tunabot se mueven en un patrón de flexión rápido, similar a la forma en que nada un atún aleta amarilla vivo.
"Vemos en la literatura sobre robótica de peces hasta ahora que hay sistemas realmente excelentes que otros han creado, pero los datos a menudo son inconsistentes en términos de selección y presentación de mediciones. Es solo el estado actual del campo de la robótica en este momento. NuestroEl artículo sobre el Tunabot es importante porque nuestros datos de rendimiento integrales establecen el listón muy alto ", dijo White.
La relación entre biología y robótica es circular, dijo Lauder. "Una de las razones por las que creo que tenemos un programa de investigación exitoso en esta área es por la gran interacción entre biólogos y roboticistas". Cada descubrimiento en una rama informa a la otra, untipo de circuito de retroalimentación educativa que avanza constantemente tanto la ciencia como la ingeniería.
"No asumimos que la biología haya evolucionado hacia la mejor solución", dijo Bart-Smith. "Estos peces han tenido mucho tiempo para evolucionar hacia una solución que les permita sobrevivir, específicamente, comer, reproducirse y noSin restricciones por estos requisitos, podemos enfocarnos únicamente en mecanismos y características que promueven un mayor rendimiento, mayor velocidad y mayor eficiencia. Nuestro objetivo final es superar la biología. ¿Cómo podemos construir algo que se parezca a la biología pero que nade más rápido que cualquier otra cosa?¿Ves ahí fuera en el océano? "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Virginia . Original escrito por Christopher Tyree. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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