Инженери новатори черпят вдъхновение от природата при създаването на роботи
(снимка: CC0 Public Domain)
От Гарет Уилмър
Черпейки вдъхновение от птиците, рибите и дори червеите, изследователите в Европа разработват машини за изследване на труднодостъпни за хората кътчета на Земята.
Орнитоптерът от хитовия научнофантастичен филм „Дюн“ наподобява хеликоптер, кръстосан с водно конче. И в това няма нищо учудващо.
Откакто човечеството си е представяло как лети, инженери новатори черпят вдъхновение от природата. Днес те се стремят да конструират летящи роботи, способни да достигат отдалечени места, за да извършват наблюдения на околната среда и да вземат проби.
Размахващи се крила
Птиците например са чудесен модел за изследване на конструкции според д-р Рафаел Зюфери, специалист по роботика към швейцарския Федерален технологичен институт в Лозана.
„В тяхна полза са милионите години еволюция“, казва той. „Така че разполагаме с нещо, което се е оптимизирало в хода на историята“.
Зюфери ръководи изследователски проект, получил финансиране от ЕС за разработване на роботи с размахващи се крила.
Наречен FAAV, проектът започва преди две години, като се съсредоточава върху леки летящи апарати на приемливи цени, които могат да се изпращат, за да изследват реки, езера и морета с цел наблюдение на състоянието им и събиране на данни.
Въздушно-водните роботи с размахващи се крила могат да летят, за да достигат до откъснати места, и да се гмуркат, за да изследват например подводното царство на вулканични езера.
„Ако имате робот, който тежи 200 грама, можете да го прикрепите към раницата си, да отидете до ръба на вулкан и да го пуснете в езеро“, казва Зюфери.
Той изброява примери за друга възможна употреба на тези роботи помощници, като например за проучване на състоянието на коралови рифове, вземане на проби от морски организми за ДНК тестове или анализ на подводни седименти.
Опит за излитане, успешно плуване
Зюфери казва, че най-голямото техническо предизвикателство е вдигането на робота от водата във въздуха. Досега екипът му е постигнал известен успех в лабораторията.
„Работата все още продължава“, казва той. „Но първите резултати са доста добри“.
Изследователите проучват както сгъващи се крила, така и статични, за да разберат кой вариант е най-добрият. Екипът също така успява да развие скорост на робота от един метър в секунда при потапяне от въздуха — по-бързо от повечето други плуващи роботи.
„Това е и много добър пръв резултат“, заявява Зюфери. „Успяхме да накараме робот да плува добре, макар и първоначално да бе проектиран да лети“.
Имитирането на природата по този начин не е толкова просто, колкото може да изглежда, и включва много компромиси. Роботът например трябва да бъде достатъчно лек, за да лети, и достатъчно плътен, за да се гмурка със сензори за вземането на проби.
При търсенето на най-добрата комбинация от материали изследователите се обръщат към усъвършенстваните полимери и въглеродните влакна — известни с доброто съотношение на здравината спрямо теглото.
Зюфери заявява, че след около шест месеца е възможно да имат завършен робот, способен да лети и плува. По негова преценка той ще струва около 350 евро, като казва, че това е добра цена за дейности като екологичния мониторинг.
Подземно царство
Отивайки още по-надълбоко, други изследователи проектират робот, способен да се впусне в предизвикателни подземни дълбини, включително и такива с вода, за да извлича минерали.
Европа разполага с около 30 000 затворени мини, в които все още има суровини, като злато, желязо, мед, хром и цинк, които са от съществено значение за производства като енергетиката и електрониката. Добиването на тези материали с помощта на роботи и по екологосъобразен начин ще направи излишно изпращането на хора на опасни места и ще намали необходимостта от внос.
„Логичният избор е да изпращаме роботи“, казва д-р Клаудио Роси, специалист по роботика към Техническия университет в Мадрид, Испания. „Основната идея е Европа да бъде осигурена с устойчиви вътрешни източници на суровини. Те се използват навсякъде, включително в мобилните телефони, компютрите и автомобилите.“
Финансираният от ЕС проект ROBOMINERS, който ръководи той, разработва прототип, вдъхновен от движенията на рибите, насекомите и червеите.
Способен да пробива тунели в наводнени мини, този тип безстрашен изследовател би позволил рудодобива на много големи дълбочини и извличането на залежи, което иначе би било неикономично за компаниите и опасно за хората.
Според Роси сравнително малките габарити на робота (около метър ширина и три метра дължина) и прецизното копаене ще способстват за намаляване на отпадъците и ще го направят по-екологичен в сравнение с традиционните машини. Идеята е този вид роботи да се използват на групи.
Мустачки като на къртици
Роботът ще може да се ремонтира сам и ще работи със сензори и изкуствен интелект.
„Роботът има мустачки подобно на къртица“, казва Роси. „С тях той може да докосва стени или прегради, а ние можем да пресъздадем триизмерен модел на мината. Той може да ни укаже, че тук има стена, там — камък, а вляво — тунел“.
Опити за подводно сондиране се извършват в Естония и Словения, като повечето от основните компоненти на робота са тествани при налягане на водата от около 100 bar.
„Това означава, че машината би могла да работи до дълбочина от 1000 метра, което е предостатъчно“, твърди Роси.
И макар че проектът трябва да приключи на 30 ноември 2023 г., след четири години и половина работа, Роси казва, че ще бъде необходимо да се продължи за усъвършенстване на прототипа.
Според предвижданията му още от три до четири години ще са необходими за интегрирането на ИИ в робота, едно десетилетие — за създаване на напълно работещ модел, и 20 години — за започване на производство.
„Тепърва започваме, но научихме много“, казва Роси.
Погледнато от другата страна, Зюфери от проекта FAAV смята, че работата му върху роботи с размахващи се крила може да е полезна за изследователите на птици.
„Защо гмуркащите се птици имат крила с точно катива размери, каквито са сега, и защо те имат точно типа твърдост, каквато е сега?“ — казва той. „Можем евентуално да отидем до биолог и да кажем: „Това е отговорът на въпроса ви.“
Тази статия е публикувана за пръв път в Horizon, списанието за изследвания и иновации на ЕС.