Благодаря миллионам лет естественного отбора, хвостовой плавник рыбы является чудом природы. Он обладает отличной маневренностью, очень низким уровнем шума и, самое главное, очень высокой эффективностью движений.
В последние годы многие исследователи пытаются создать рыбоподобных роботов. Согласно литературным источникам, первая рыба-робот RoboTuna была построена в 1994 году. Впоследствии было построено много рыб-роботов.
В зависимости от способа приведения в действие, рыб-роботов можно разделить на четыре категории:
- Конструкция с одним соединением,
- Конструкция с несколькими соединениями
- Конструкция с использованием интеллектуальных материалов
- Конструкция с использованием проводов.
Для сравнения, проводная конструкция является лучшей в имитации рыбного плавания и имеет ряд преимуществ, включая простоту, легкость управления и, самое главное, высокую эффективность.
Проводной робот-рыба может быть сгруппирован по позвоночнику (прямой или извилистый), количеству сегментов, расположению проводов (параллельное, наклонное или спиральное) и суставам (плоские или сферические).
Внимательное изучение плавания рыбы показывает, что многие виды рыб качают хвостовым плавником при движении. Колебания помогают рыбе стабилизировать тело и регулировать направление плавания. Это также помогает рыбам плавать вверх и вниз.
На основе этого, разработали новую рыбу-робота с проводным приводом, хвостовой плавник которой может качаться так же, как сама рыба.
Робот-рыба с тросовым приводом
Новый робот состоит из двух частей: головы и хвостового винта с проволочным приводом. Водонепроницаемая головка содержит все электронные компоненты, включая батареи, 2 серводвигателя и плату управления. Он имеет эллипсовое сечение и максимальный размер 120 мм в высоту и 100 мм в ширину. Он также имеет весовой блок для балансировки плавучести рыбы.
Хвостовой гребной плавник с тросовым приводом представляет собой механизм с приводом от двух пар проводов. Он состоит из 8 равноотстоящих проушин, соединенных непрерывной магистралью (кусок пластмассы с двумя полосами усиления углеродного волокна), и двух пар проводов (одна около верхней и другая около нижней).
Две пары проводов питаются от двух вышеупомянутых серводвигателей. Последняя часть проушины держит пластину с ребром высотой 170 мм и длиной 50 мм. Кроме того, каждый провод крепится к пружине, чтобы обеспечить постоянное натяжение провода.
Тестирование робота
Прототип робота-рыбы изготовлен методом 3D-печати. Основание изготовлено из ПВХ-пластика толщиной 0,5 мм с двумя пластинами из углеродного волокна для усиления. Провода представляют собой пластиковые проволоки диаметром 1 мм. Четыре батареи используются для привода двигателей и платы Arduino. Управляющие команды посылаются на плату Arduino через Bluetooth.
Испытания проводились в небольшом бассейне. Сразу было заметно, что качание замедляло скорость плавания. Кроме того, полное раскачивание лучше, чем частичное раскачивание.
Раскачивание может быть связано с несколькими причинами:
Во-первых, центр тяжести робота-рыбы лежит в хвостовом плавнике. По мере того, как хвостовой плавник качается, центр тяжести также смещается, вызывая раскачивание всего робота-рыбы.
Во-вторых, роботы-рыбы не имеют грудных плавников и, следовательно, их плавание несколько неустойчиво.
Что же в итоге?
Можно сделать следующие выводы:
- Рыба-манипулятор хорошо плавает.
- Качание может снизить скорость плавания. Это связано с тем, что качание может привести к скатыванию рыбы-робота во время плавания.
- Амплитуда раскачивания менее важна, чем частота раскачивания. Возможно, именно поэтому рыба никогда не качается.
Этому роботу-рыбе еще требуются доработки. Нужно провести моделирование и анализ эффективности тягового усилия, оптимизировать конструкцию для минимального качания и рыскания и провести тестирование, охватывающее более широкий круг условий плавания.