Содержание
Фермерам и врачам поможет робот-медуза. Посмотрите, как нежно хватают предметы ее тентакли
НовостиНаука
- Фото
- pnas.org
Чтобы захватить и удержать хрупкие объекты или предметы неправильной формы, большинству современных роботов требуются встроенные сенсоры, сложные системы обратной связи, продвинутые алгоритмы машинного обучения, при этом помноженные на навыки оператора, управляющего движениями роборуки. В случае ошибки или неточности захватное устройство может повредить, раздавить или уронить легко уязвимый объект.
Однако исследователи из Школы инженерии и прикладных наук Гарвардского университета (США) продемонстрировали, что существует гораздо более простой способ справиться с этой задачей.
Вдохновившись идеями, взятыми из самой природы, ученые разработали совершенно новый, мягкий тип захватного устройства, напоминающий по своему принципу действия медузы или осьминога и не требующий сложного планирования действий, сенсоров и контроля.
Описание разработки опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Роборука, вместо твердых «пальцев», снабжена тонкими «щупальцами», которые мягко запутывают и крепко захватывают предметы, точно так же, как это делает медуза, опутывая своими нитями жертву. «Щупальца» представляют собой тонкие, полые внутри резиновые трубки длиной около 30 сантиметров.
Одна сторона каждой такой трубки сделана из более толстой резины, чем другие. Поэтому, когда в трубки под давлением нагоняют воздух, они начинают завиваться, как разделенный на части стебель одуванчика в воде или кудрявые волосы в дождливый день.
Каждый из таких «локонов» не обладает особой силой, и потому не может нанести объекту вред. Но все вместе, переплетаясь друг с другом и многократно оплетая предмет, «щупальца» обеспечивают надежный, крепкий захват даже очень тяжелых объектов. Чем больше петель, тем сильнее роборука. При этом такой метод удержания не способен повредить объект, каким бы хрупким он ни был.
А для того, чтобы освободить его от захвата, достаточно просто сбросить давление в трубках.
Как полагают разработчики, «робомедузу» можно будет использовать в сельском хозяйстве, для сбора или расфасовки фруктов и овощей, а также в медицине или на складах, где нужно перемещать хрупкие объекты неправильной формы, например, стеклянную посуду.
Татьяна Щеглова
Теги
- наука
- технологии
Сегодня читают
Тест на зоркость: сможете найти девушку на этом фото?
Тест: выберите дверь, а мы расскажем, куда вам съездить в отпуск
Тест: только самые внимательные смогут найти всех котиков на этих картинках
Тест: что не так на этой фотографии?
Найдите отличия: этот тест невозможно пройти меньше чем за 20 секунд
Робот снял на видео редкую медузу гигантских размеров
Некоторые ученые шутят, что глубины Мирового океана изучены хуже, чем обратная сторона Луны.
Но в каждой шутке есть доля истины — по некоторым расчетам, сегодня человечество действительно изучило глубины океанов максимум на 5%. В 2011 году на страницах научного журнала PLOS Biology были опубликованы результаты научной работы, гласящие, что в океанах обитает примерно 2,2 миллиона видов животных. Из них науке известны подробности только о 194 400 видов. Вот уже на протяжении 34 лет Исследовательский институт аквариума Монтерей-Бей (MBARI) спускает под воду глубоководных роботов, которые оснащены мощными фонарями и камерами для съемки видео. Недавно исследователям удалось запечатлеть редкую медузу вида Stygiomedusa gigantea, которая обладает огромными размерами. С момента открытия ученым удавалось проследить за ними всего лишь около сотни раз, поэтому эти создания изучены очень плохо. Что интересного удалось выяснить в ходе недавней встречи?
Огромная медуза вида Stygiomedusa gigantea
Редкая медуза снята на видео
По данным научного издания Science Alert, медуза Stygiomedusa gigantea напоминает огромную шляпу, от которой тянутся длинные шарфы из шелка.
Ширина этой «шляпы» составляет около 1 метра, а четыре щупальца простираются на 10-метровую длину. Так как медуза была обнаружена на глубине 990 метров, увидеть ее истинный цвет на видео невозможно. По словам авторов научной работы, тело медузы окрашено в красноватый цвет, но из-за отсутствия солнечного света на большой глубине кажется, что он пурпурный.
Медуза Stygiomedusa gigantea с другого ракурса
Как ученые изучают глубины океана?
Впервые ученые встретились с этой огромной медузой в далеком 1899 году. Принято считать, что эти создания способны обитать в любых водах кроме, разве что, холодных территорий Арктики. По данным Издательства Кембриджского университета, к 2009 году было официально зафиксировано только 110 случаев встречи с огромными медузами. К тому же, до появления глубоководных роботов, этих созданий ловили при помощи рыболовных тралов — огромных сетей, предназначенных для ловли рыбы в больших водах. Минус этого способа заключается в том, что состоящие на 95-99% и воды медузы на воздухе превращаются в бесформенное желе и погибают.
Щупальца медузы Stygiomedusa gigantea достигают 10-метровой длины
Современные роботы для погружения в глубокие воды принято упоминать как ROVs, что является аббревиатурой на Remotely Operated Underwater Vehicle (Дистанционно управляемый подводный аппарат). Благодаря им за медузами и другими обитающими на большой глубине созданиями можно наблюдать в естественной среде их обитания. На самом деле, Исследовательский институт MBARI и раньше натыкался на этих созданий — описываемый случай числится девятым.
Видео с гигантской медузой Stygiomedusa gigantea
Читайте также: Почему человечеству нужно отказаться от поедания рыбы и перейти на медуз?
Симбиоз медуз и рыб
Произошедший случай интересен только тем, что ученые смогли снять загадочное животное с разных ракурсов. Безо всяких преувеличений, на данный момент это одно из самых качественных видео с участием медузы вида Stygiomedusa gigantea. Но в 2004 году ученые смогли узнать очень важный факт о жизни этих гигантов.
Оказалось, что в тени этого создания живут довольно страшные на вид глубоководные рыбы вида Thalassobathia pelagica. Некоторые из них даже упирались к медузе брюхом, что показалось ученым крайне странным поведением.
Симбиоз огромной медузы и глубоководных рыб
Исследователи подозревают, что гигантские медузы и жуткие рыбы находятся в симбиотических отношениях. Так принято называть близкое взаимодействие двух организмов, которые принадлежат разным видам. Обычно в таких случаях животные извлекают друг от друга какую-либо пользу. В данном случае исследователи не знают, на какого рода взаимной выгоде основаны эти отношения. С большой уверенностью можно лишь сказать, что они помогают друг другу выжить в суровых условиях с высоким давлением и отсутствием света. Ученым хочется узнать, каким образом рыбы не путаются в 10-метровых щупальцах медузы, но ответа на данный момент нет.
Глубоководная рыба Thalassobathia pelagica
Ссылки на интересные статьи, смешные мемы и много другой интересной информации можно найти на нашем телеграм-канале.
Подпишитесь!
Глубоководная медуза была замечена на территории залива Монтерей, который относится в американскому штату Калифорния. В 2020 году я уже рассказывал, как на этой территории были выловлены «самые черные рыбы в мире» вида Anoplogaster cornuta. Исследователи хотели сфотографировать их, однако поверхность тела рыб поглотила свет и на снимках они выглядят как темные пятна. Подробнее об этих необычных созданиях вы можете почитать тут.
Животные ЗемлиЗагадки природыОкеанРыбы
Для отправки комментария вы должны или
Робот-медуза для защиты исчезающих коралловых рифов
Зверинец биоинспирированных роботов для наблюдения за океаном. Авторы и права: Bujard et al., Sci. Робот . 6, eabd2971 (2021)
В среду британские ученые представили робота, вдохновленного формой и тонкими подводными движениями медузы, который позволяет ему безопасно исследовать находящиеся под угрозой исчезновения коралловые рифы.
Согласно исследованию, проведенному группами университетов Саутгемптона и Эдинбурга и опубликованному в журнале Science Robotics , маленький робот имитирует «самого эффективного пловца в природе — медузу Aurelia aurita», которую чаще называют обыкновенной медузой.
Эксперты решили использовать аспекты таких организмов, как кальмары, медузы и осьминоги, для нового инструмента подводных исследований, сказал Франческо Джорджио-Серки из Эдинбургского университета.
«Они совершенно уникальны тем, что отсутствие у них поддерживающей скелетной структуры не мешает им выдающимся плаваниям», — сказал он.
Робот, который представляет собой резиновую голову и восемь щупалец, был создан с помощью 3D-принтера и использует небольшие, но мощные водяные струи для движения на основе системы резонанса.
Этот робот является «первым подводным аппаратом, демонстрирующим преимущества использования резонанса», — заявили исследователи.
Его система самодвижения основана на поршне, который ударяет по месту соединения головы и щупалец.
Когда поршень ударяет с идеальной частотой, которая вызывает естественный резонанс компонентов, робот может генерировать большие струи воды с очень небольшими затратами энергии.
Доктор Габриэль Веймут из Университета Саутгемптона и Института Алана Тьюринга объясняет конструкцию нового подводного робота, который движется со стилем и эффективностью самых эффективных пловцов в природе.
Предоставлено: Университет Саутгемптона. Необработанные кадры плавания робота. Предоставлено: Университет Саутгемптона 9.0004 Благодаря этой технологии робот-медуза может двигаться так, что «от десяти до 50 раз эффективнее, чем обычные небольшие подводные аппараты, приводимые в движение пропеллерами».
«Эта повышенная эффективность в сочетании с дополнительными преимуществами мягкого, гибкого внешнего вида робота делает его идеальным для работы вблизи чувствительных сред, таких как коралловые рифы, археологические раскопки или даже в водах, переполненных пловцами», — говорится в заявлении.
Благодаря этим качествам робот может заменить дайверов в задачах, слишком деликатных для подводных аппаратов, таких как нанесение восстанавливающих веществ на поврежденные кораллы.
Хотя новая технология была испытана в резервуарах, ее еще предстоит использовать в реальных условиях океана.
Университет Саутгемптона хочет использовать эту концепцию для сборки «полностью маневренного и автономного подводного аппарата, способного воспринимать окружающую среду и ориентироваться в ней».
Узнайте больше
Робот, вдохновленный кальмаром, плавает с самыми эффективными морскими животными в природе
Дополнительная информация:
Т. Буджар и др., «Робот, вдохновленный резонансным кальмаром, раскрывает биологическую двигательную эффективность», Science Robotics (2021). robotics.sciencemag.org/lookup … /scirobotics.abd2971
«Роботы, вдохновленные кальмарами, работают плавно», Science Robotics (2021). robotics.sciencemag.org/lookup … /scirobotics.abf4301
Информация журнала:
Научная робототехника
© 2021 АФП
Цитата :
Робот-медуза для защиты находящихся под угрозой исчезновения коралловых рифов (21 января 2021 г.
)
получено 27 октября 2022 г.
с https://phys.org/news/2021-01-robot-jellyfish-endangered-coral-reefs.html
Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.
Медузы-роботы могут помочь обслуживать морские ветряные электростанции
Некоторые из последних участков нетронутой и нетронутой дикой природы на Земле существуют под морями. Тем не менее, эти морские экосистемы находятся под угрозой из-за проектов глубоководной добычи полезных ископаемых, нефтяных вышек и морских ветряных электростанций. Когда эти объекты строятся и обслуживаются, они, как правило, наносят ущерб богатым экологическим сетям вокруг них.
Робототехники и инженеры работают над решением этой проблемы, ища новые способы создания машин, которые могли бы помочь ремонтировать, обслуживать или проверять подводные компоненты растущей оффшорной индустрии.
Под руководством коллег Тьерри Бюжара и Габриэля Веймута из Университета Саутгемптона моя команда нашла решение этой проблемы, разработав подводных роботов, вдохновленных самыми умными пловцами в природе: сверхэффективными лунными медузами.
Традиционные водные роботы предназначены для двух основных целей: для эффективной навигации на большие расстояния по открытым участкам воды и для задач, требующих высокой маневренности вблизи подводных сооружений. Оба типа роботов эффективны, но немногие роботы сочетают эффективное перемещение с высокой маневренностью. Это означает, что большинство водных роботов слишком неуклюжи и неуклюжи, чтобы поддерживать оффшорную промышленность, не нанося при этом вреда подводной среде.
Действительно, с распространением морских разработок на все более хрупкие среды даже современные морские роботы с трудом справляются со сложностью своих миссий. В настоящее время проводится множество исследований по разработке автономных глубоководных роботов, и такие инициативы, как Xprize, предлагают финансирование некоторых из самых интересных идей.
Морские машины
Чтобы ответить на эти вызовы, инженеры обратились к биологии, чтобы вдохновиться новыми формами роботизированного подводного движения. Логика гласит, что после миллионов лет эволюции водные существа должны предложить модели, которые помогут устранить недостатки нынешнего поколения подводных роботов.
Способ плавания рыб, основанный на взмахах их различных плавников, стал основным источником вдохновения для тех, кто экспериментирует с новыми подводными транспортными средствами. Но импульсный режим плавания, любимый медузами, считается самым эффективным в мире подводным двигательным устройством, предлагающим более убедительное технологическое решение, которое робототехникам гораздо легче имитировать.
Импульсная струйная обработка основана на циклическом расширении и сжатии полой полости тела образца. Эта система управляет проглатыванием и выбросом воды, что в конечном итоге обеспечивает медузам некую форму движения.
Несмотря на свою простоту, эта стратегия плавания может привести к невероятной ловкости, а также к высокой энергоэффективности.
Самый быстрый кальмар может двигаться со скоростью до 8 метров в секунду с помощью импульсно-струйной системы, а медуза Aurelia aurita (также известная как лунная медуза) известна как самый эффективный пловец на планете.
Копируя эти организмы при создании подводных роботов, мы можем создавать новые подводные аппараты, способные сочетать высокую маневренность с непревзойденной эффективностью. В нашем недавнем исследовании мы разработали нового робота на основе биотехнологий, который может сравниться по движущей эффективности с 9-дюймовым роботом.0081 Аурелия аурита . Для этого мы воспроизвели ключевой принцип, который позволяет медузам достигать высокой эффективности движения: резонанс.
Aurelia aurita или лунная медуза считается самым эффективным пловцом на Земле.
Ричард А. Макмиллин/Shutterstock
Резонансная робототехника
Резонанс — это физическое явление, обычно встречающееся во многих повседневных действиях, таких как ходьба, игра на качелях и даже пение.
Если мы наблюдаем, например, за качающимся маятником, то по опыту знаем, что он будет продолжать колебаться, пока не остановится, зависнув в вертикальном положении, определяемом гравитацией. Частота колебаний маятника называется его «собственной частотой».
Из опыта мы также знаем, что если мы хотим, чтобы маятник продолжал колебаться, самый простой способ сделать это — подталкивать его каждый раз, когда он достигает высшей точки своего колебания, точно так же, как мы делаем это, когда толкаем маятник. ребенок выше на качелях. Когда мы делаем это, мы позволяем маятнику или качанию «резонировать».
Итак, резонанс возникает, когда внешняя сила воздействует на систему с ее собственной частотой, заставляя систему достигать колебаний большей амплитуды при незначительной силе, необходимой. Вот что делает работу в резонансе такой эффективной. Мы применили тот же принцип к двигателю нашего робота, вдохновленного медузой.
Мы предположили, что, сконструировав робота-медузу с упругой двигательной системой, мы сможем использовать внутреннюю частоту этой упругой ткани, чтобы привести механизм в резонанс.
В резонансе наш робот будет выпускать мощные импульсные струи за долю энергии.
Разработанный нами робот имеет эластичную внутреннюю камеру, которая расширяется и сжимается под действием зонтиковидного механизма. При тестировании в резервуаре с водой было обнаружено, что скорость плавания робота увеличивается по мере того, как скорость, с которой он пульсирует, приближается к естественной частоте упругой камеры робота-медузы. Это доказало, что наша медуза-робот достигла резонанса.
В этом эксперименте мы показываем, как наша медуза-робот плывет тем быстрее, чем ближе она приближается к достижению резонанса.
Эффективность системы, которая движется сама по себе, будь то механическая или биологическая, основана на уравнении, которое объединяет поглощаемую мощность, скорость системы и ее массу. Применительно к нашему роботу это уравнение поставило нашу медузу-робота в один ряд с медузой Aurelia aurita .
Это поразительный результат с двойным эффектом.