SoFi:Bløde robotfisk svømmer sammen med rigtige i koralrev

Denne måned offentliggjorde forskere sjældne optagelser af en af ​​Arktis mest undvigende hajer. Resultaterne viser, at selv med mange teknologiske fremskridt i de seneste år, det er fortsat en udfordrende opgave at dokumentere havlivet på nært hold.

Men MIT -computerforskere mener, at de har en mulig løsning:at bruge robotter.

I et papir udgivet i dag, et team fra MIT's Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) afslørede "SoFi, "en blød robotfisk, der uafhængigt kan svømme sammen med rigtige fisk i havet.

Under testdyk i Rainbow Reef i Fiji, SoFi svømmede i dybder på mere end 50 fod i op til 40 minutter på én gang, nem håndtering af strømme og optagelse af fotos og videoer i høj opløsning ved hjælp af (hvad ellers?) en fisheye-linse.

Ved hjælp af sin bølgende hale og en unik evne til at kontrollere sin egen opdrift, SoFi kan svømme i en lige linje, tur, eller dykke op eller ned. Teamet brugte også en vandtæt Super Nintendo -controller og udviklede et brugerdefineret akustisk kommunikationssystem, der gjorde det muligt for dem at ændre SoFi's hastighed og få det til at foretage bestemte træk og sving.

"Så vidt vi ved, dette er den første robotfisk, der kan svømme ubundet i tre dimensioner i længere tid, "siger CSAIL Ph.D. -kandidat Robert Katzschmann, hovedforfatter til den nye tidsskriftartikel, der blev offentliggjort i dag i Science Robotics . "Vi er begejstrede for muligheden for at kunne bruge et system som dette til at komme tættere på havlivet, end mennesker kan komme på egen hånd."

Katzschmann arbejdede på projektet og skrev papiret med CSAIL -direktør Daniela Rus, kandidatstuderende Joseph DelPreto og tidligere postdoc Robert MacCurdy, som nu er adjunkt ved University of Colorado i Boulder.

Hvordan det virker

Eksisterende autonome undersøiske køretøjer (AUV'er) har traditionelt været bundet til både eller drevet af omfangsrige og dyre propeller.

I modsætning, SoFi har en meget enklere og mere let opsætning, med et enkelt kamera, en motor, og det samme litiumpolymerbatteri, der findes i forbrugersmartphones. For at få robotten til at svømme, motoren pumper vand ind i to ballonlignende kamre i fiskens hale, der fungerer som et sæt stempler i en motor. Når et kammer udvides, den bøjer og bøjer til den ene side; når aktuatorerne skubber vand til den anden kanal, at man bøjer og bøjer i den anden retning.

Disse vekslende handlinger skaber en side-til-side-bevægelse, der efterligner bevægelsen af ​​en rigtig fisk. Ved at ændre dens flowmønstre, det hydrauliske system muliggør forskellige halemanøvrer, der resulterer i en række svømmehastigheder, med en gennemsnitshastighed på cirka en halv kropslængde i sekundet.

"Forfatterne viser en række tekniske resultater i fremstilling, strømforsyning, og vandmodstand, der gør det muligt for robotten at bevæge sig under vandet uden en tøjring, "siger Cecilia Laschi, professor i biorobotik ved Sant'Anna School of Advanced Studies i Pisa, Italien. "En robot som denne kan hjælpe med at udforske revet nærmere end nuværende robotter, både fordi det mere sikkert kan komme tættere på revet, og fordi det bedre kan accepteres af havarterne. "

Hele den bageste halvdel af fisken er lavet af silikongummi og fleksibel plast, og flere komponenter er 3D-trykte, herunder hovedet, som rummer al elektronikken. For at reducere chancen for vand, der lækker ind i maskinen, holdet fyldte hovedet med en lille mængde babyolie, da det er en væske, der ikke vil komprimere fra trykændringer under dyk.

Ja, en af ​​holdets største udfordringer var at få SoFi til at svømme i forskellige dybder. Robotten har to finner på sin side, der justerer fiskens tonehøjde til dykning op og ned. For at justere sin position lodret, robotten har et justerbart vægtrum og en "opdriftskontrolenhed", der kan ændre dens densitet ved at komprimere og dekomprimere luft.

Katzschmann siger, at teamet udviklede SoFi med det formål at være så uforstyrrende som muligt i sit miljø, fra den minimale støj fra motoren til ultralydsemissionerne fra teamets kommunikationssystem, som sender kommandoer ved hjælp af bølgelængder på 30 til 36 kilohertz.

"Robotten er i stand til tætte observationer og interaktioner med havlivet og ser ikke ud til at være forstyrrende for rigtige fisk, "siger Rus.

Projektet er en del af et større arbejde på CSAIL med fokus på bløde robotter, som har potentiale til at være mere sikker, stærkere, og mere smidige end deres hårdføre modstykker. Bløde robotter er på mange måder lettere at kontrollere end stive robotter, da forskere ikke behøver at bekymre sig så meget om at skulle undgå kollisioner.

"Undgåelse af kollisioner fører ofte til ineffektiv bevægelse, da robotten må nøjes med en kollisionsfri bane, "siger Rus, Andrew og Erna Viterbi professor i elektroteknik og datalogi ved MIT. "I modsætning, en blød robot er ikke bare mere tilbøjelig til at overleve en kollision, men kunne bruge det som information til at informere en mere effektiv bevægelsesplan næste gang. "

Som de næste trin vil teamet arbejde på flere forbedringer på SoFi. Katzschmann planlægger at øge fiskens hastighed ved at forbedre pumpesystemet og tilpasse designet af dets krop og hale.

Han siger, at de også planlægger snart at bruge det indbyggede kamera til at gøre SoFi i stand til automatisk at følge rigtige fisk, og at bygge yderligere SoFis for biologer til at studere, hvordan fisk reagerer på forskellige ændringer i deres miljø.

"Vi betragter SoFi som et første skridt i retning af at udvikle næsten et undervandsobservatorium af slagsen, "siger Rus." Det har potentiale til at være en ny type værktøj til havforskning og til at åbne nye veje til at afdække havlivets mysterier. "

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT -forskning, innovation og undervisning.