Juni 28, 2022

Kreuznacher Rundschau

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Das Unterwasser-Superflugzeug kann in weniger als einer Sekunde abheben

Das Unterwasser-Superflugzeug kann in weniger als einer Sekunde abheben

Roboter wurden traditionell für einen bestimmten Zweck entwickelt, um eine ganz bestimmte Aufgabe zu erfüllen, aber Forscher der Beihang-Universität verfolgen einen völlig anderen Ansatz Neue Roboterdrohne Es kann unter Wasser genauso problemlos in der Luft eingesetzt werden und verfügt über einen cleveren, von der Natur inspirierten Trick, um seine Reichweite zu erhöhen.

Wenn Sie an Roboter denken, kommt Ihnen wahrscheinlich eine von zwei Versionen in den Sinn: die hochleistungsfähigen Menschen, die von Science-Fiction versprochen werden, oder die rücksichtslosen Gelenkarme, die sich wiederholende Aufgaben in Fabriken ausführen. Der letztgenannte Ansatz ist in gewisser Weise das, was wir seit Jahrzehnten verfolgen, aber da die Technologie langsam die Vorstellungskraft von Science-Fiction-Autoren einholt, haben Robotikdesigner damit begonnen, Mechanismen zu entwickeln, die eine Vielzahl von Aktionen ausführen können. Boston Dynamics-SpotEr zum Beispiel verwendet vier hundeähnliche Beine, um durch verschiedenes Gelände zu navigieren und viele verschiedene Aufgaben zu erfüllen, darunter den Schutz der Ruinen von Pompeji über Nacht und die Erstellung detaillierter 3D-Karten von Gebieten, die für Menschen schwer zu besuchen sind.

Ein adaptiver Ansatz erleichtert es Unternehmen oder Forschungseinrichtungen, die hohen Kosten des Roboters zu rechtfertigen, aber was das Labor für Biomechanik der Universität Beihang und das Labor für weiche Robotik geschaffen haben, ist wirklich einzigartig. Selbst mit stark beweglichen Beinen ist Boston Dynamics immer noch auf Missionen am Boden beschränkt. Diese neue Drohne kann Missionen entweder unter Wasser, in der Luft oder beidem durchführen, ohne dass dazwischen Änderungen erforderlich sind.

Für die meisten Quadrocopter bedeutet die Landung auf dem Wasser, dass der Pilot hinausgehen muss, um sie zu retten (und dann die meisten ihrer elektronischen Komponenten auszutauschen). Dieses Flugzeug ist anders. Sie ist vollständig wasserdicht und verfügt über einen Satz selbstfaltender Propeller, die bei niedrigen Unterwassergeschwindigkeiten zusammenklappen, um die Drohne beim Untertauchen effizient zu manövrieren. Dann fährt es automatisch aus, wenn sich die Drohne aus dem Wasser in die Luft bewegt. Die Forscher optimierten die Leistung der Drohne so, dass der Übergang von Wasser zu Luft etwa eine Drittelsekunde dauert, und wie eine Gruppe von Delfinen, die aus dem Wasser springen, ist die Drohne in der Lage, den Übergang zwischen Wasser und Luft zu wiederholen, und zwar sieben Mal von ihnen in Folge während des Tests in etwa 20 pro Sekunde.

As with any electronic device, a robot’s autonomous capabilities are often limited by the capacity of its batteries, and that’s especially the case for flying drones that rely on four electric motors constantly spinning to stay aloft. In laboratory settings, you’ll often see advanced robots attached to cable tethers that provide a non-stop source of power, but that’s not a great option for bots designed to explore the ocean depths or collect aerial data—or both, in this case.

To dramatically increase the range of this drone, and to help conserve battery power while traveling to and from a mission site, the researchers gave it an additional upgrade inspired by the remora fish, better known as the suckerfish, which uses an adhesive disc on top of its head to temporarily attach itself to other underwater creatures in order to hitch a ride and conserve energy.

Drones that can land in order to carry out targeted observations while preserving battery life are not a new idea, but like robots in a factory, they typically use mechanisms tailored for specific surfaces, like artikulierte Krallen, die einen Ast halten Oder klebrige, von Geckos inspirierte Füße, die an Wänden kleben. Für eine auf Flexibilität ausgelegte Roboterdrohne wollten die Forscher eine vielseitigere Möglichkeit, sich an einer Vielzahl von Oberflächen zu befestigen: nass, trocken, glatt, rau, gekrümmt oder sogar an solchen, die sich unter Wasser bewegen, wo die Scherkräfte des Wassers eine erfordern extrem starker Halt.

Die Haftscheibe von Remora war die perfekte Lösung, da sie über einen eingebauten Überhang verfügt, der es ihr ermöglicht, auch bei teilweisem Kontakt an Oberflächen zu haften. Vor zwei Jahren war Li Wen, einer der Forscher und Autor des heute veröffentlichten Artikels, Teil eines anderen Forschungsprojekts an der Beihang-Universität, das die tatsächliche Funktionsweise von Remora-Diskus rekonstruierte.

Foto des Artikels mit dem Titel Ingenious Underwater Drone kann in weniger als einer Sekunde in den Flug gehen

Diese Forschung ergab, dass Remora-Fische wie ein Saugnapf an Oberflächen haften, mit einer flexiblen ovalen Kante aus weichem Gewebe, die eine luftdichte Abdichtung schafft. Wenn Wasser aus der Lücke zwischen dem Schiffshalter und seinem Wirt gepresst wird, hält der Sog es an Ort und Stelle. Die Oberfläche der Remora-Scheibe ist auch mit Kanten bedeckt, die in Spalten und Reihen, Lamellen genannt, angeordnet sind (ähnlich den Beulen, die Sie auf dem Gaumen spüren können), die durch Muskelkontraktionen gedehnt werden können, um die kleinen Sehnen zu ergreifen, die mehr davon halten der obere Teil des Mundes. Gastgeber. Diese Lamellenflansche tragen auch dazu bei, kleinere Saugkammern zu schaffen, die sie dicht halten, selbst wenn die größere Lippe der Scheibe dies nicht tut. Im Gegensatz zu einem Saugnapf, der seinen Halt auf einer glatten Oberfläche löst, wenn ein kleiner Teil seiner Kante angehoben wird, hält ein Schiffshalter.

Foto des Artikels mit dem Titel Ingenious Underwater Drone kann in weniger als einer Sekunde in den Flug gehen

Das Team war in der Lage, durch einen vierschichtigen Ansatz eine synthetische Version der Saugscheibe der Remora herzustellen. Sie haben eine superelastische Schicht oben mit steiferen Strukturen darunter sowie eine Schicht mit einem Netzwerk aus winzigen Kanälen gepaart, die aufgeblasen werden können, wenn sie mit Flüssigkeit vollgepumpt werden, wodurch lebendes Muskelgewebe ersetzt wird, um lamellare Strukturen zur Steigerung zu aktivieren Saugen.

Der Saugmechanismus ist über der Tauchdrohne angebracht, sodass sie an einer Vielzahl von Oberflächen haften kann, selbst wenn sie sich rau anfühlen, nicht ganz eben sind oder eine kleinere Oberfläche als der Saugmechanismus haben. Wie ein Remora könnte die Drohne zumindest theoretisch einen Unterwasserwirt finden (der nicht sofort Angst vor ihren rotierenden Propellern hat) und sich im freien Flug aufhängen, wobei nur der Saugmechanismus zum Betrieb und die minimale Belastung der Batterien erforderlich sind Planke. Das gleiche kann in der Luft gemacht werden, obwohl die Herausforderungen, eine Drohne erfolgreich an einem anderen Flugzeug zu befestigen, gewaltig wären, hat selbst etwas so Langsames wie ein Segelflugzeug eine Mindestgeschwindigkeit von 40 Meilen pro Stunde: ein schwieriges bewegliches Ziel.

Die vernünftigste Verwendung des Saugmechanismus besteht darin, die Drohne vorübergehend an einem idealen Aussichtspunkt für Fernbeobachtungen zu positionieren. Anstatt sich auf ihre vier Motoren zu verlassen, um eine bestimmte Position unter Wasser zu halten, während sie gegen fließende Strömungen kämpft, kann die Drohne an einem Stein oder einem Holzstück haften bleiben und ihre Motoren abschalten, während sie weiterhin ihre Sensoren und Kameras betreibt. Dasselbe kann über der Wasserlinie erfolgen, indem die Drohne hochfliegt und an der Seite eines hohen Gebäudes oder der Unterseite einer Windturbinengondel haftet, Messungen vornimmt und andere Daten sammelt, ohne die batteriebetriebenen Motoren zu verwenden. Es ist eine Batterietechnologielösung, die immer noch unglaublich begrenzt ist und die Notwendigkeit vermeidet, die Batterien selbst zu reparieren.

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