Los vehículos submarinos generalmente están diseñados para una velocidad de crucero y, a menudo, son ineficientes a otras velocidades. La tecnología es rudimentaria en comparación con la forma en que los peces nadan bien, rápido o lento.
¿Qué sucede si desea que su vehículo submarino viaje rápido a través de millas de océano, luego reduzca la velocidad para trazar un mapa de un arrecife de coral estrecho, o acelere hasta el sitio de un derrame de petróleo y luego acelere para tomar medidas cuidadosas?
Dan Quinn, profesor asistente de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Virginia, y su colega, Qiang Zhong, investigador postdoctoral y doctorado reciente de la UVA, descubrieron una estrategia clave para permitir este tipo de misiones de múltiples velocidades.han demostrado una forma sencilla de implementar esta estrategia en robots, que en última instancia podría informar el diseño de vehículos submarinos. Su trabajo se publicó recientemente en Science Robotics.
Al diseñar robots de natación, una pregunta que sigue surgiendo para los investigadores es qué tan rígida debe ser la pieza que impulsa a los robots a través del agua. Es una pregunta difícil, porque la misma rigidez que funciona bien en algunas situaciones puede fallar miserablemente enotros.
"Tener una rigidez en la cola es como tener una relación de transmisión en una bicicleta", dijo Quinn, quien tiene nombramientos conjuntos en ingeniería mecánica y aeroespacial e ingeniería eléctrica e informática. "Solo sería eficiente a una velocidad. Seríacomo andar en bicicleta por San Francisco con una bicicleta de piñón fijo; estarías exhausto después de unas pocas cuadras ".
Es probable que los peces resuelvan este problema ajustando su rigidez en tiempo real: marcan en diferentes niveles de rigidez según la situación.
El problema es que no se conoce una forma de medir la rigidez de un pez nadando, por lo que es difícil saber si los peces lo están haciendo y cómo lo están haciendo. Quinn y Zhong resolvieron esto combinando la dinámica de fluidos y la biomecánica para derivar un modelo de cómo ypor qué se debe ajustar la rigidez de la cola.
"Sorprendentemente", dijo Quinn, "un resultado simple salió de todas las matemáticas: la rigidez debería aumentar con la velocidad de natación al cuadrado.
"Para probar nuestra teoría, construimos un robot parecido a un pez que usa un tendón artificial programable para ajustar su propia rigidez de la cola mientras nada en un canal de agua. Lo que sucedió es que de repente nuestro robot pudo nadar en un rango más amplio de velocidades mientras usaba casila mitad de energía que el mismo robot con una cola de rigidez fija. La mejora fue realmente notable ".
"Nuestro trabajo es el primero que combina biomecánica, dinámica de fluidos y robótica para estudiar de manera integral la rigidez de la cola, lo que ayuda a descubrir el misterio que existe desde hace mucho tiempo sobre cómo la rigidez de la cola afecta el rendimiento en la natación", dijo Zhong.es que no solo estamos enfocados en el análisis de la teoría, sino también en proponer una guía práctica para la rigidez ajustable. Nuestra estrategia de rigidez ajustable propuesta ha demostrado ser efectiva en misiones de natación realistas, donde un pez robot logró nadar de alta velocidad y alta eficiencia simultáneamente ".
Ahora que el equipo ha modelado los beneficios de la rigidez ajustable, extenderán su modelo a otros tipos de natación. El primer robot fue diseñado como un atún; ahora el equipo está pensando en cómo podrían escalar hasta delfines o reducirse arenacuajos. También están construyendo un robot que emula los movimientos ondulantes de las mantarrayas.
"No creo que nos quedemos sin proyectos pronto. Cada animal acuático que hemos visto nos ha dado nuevas ideas sobre cómo construir mejores robots nadadores. Y hay muchos más peces en el mar".Dijo Quinn.
Los científicos espaciales revelan el secreto detrás de la 'crisis energética' de Júpiter
Hubble encuentra evidencia de vapor de agua en la luna de Júpiter, Ganímedes
Hacer hidrógeno limpio es difícil, pero los investigadores acaban de resolver un gran obstáculo
La 'neuroprótesis' devuelve las palabras al hombre con parálisis
Los físicos dan un gran paso en la carrera hacia la computación cuántica