3D-Printad intelligent “robotfisk” hjälper till att utforska haven

Jens Fredriksson Webbnyheter Kommentera

En biologiskt inspirerad robotfisk med en flexibel svansmekanism som kan simma runt i det dolda bland sina levande motsvarigheter. Det är vad en grupp ingenjörsforskare från University of Firat i Turkiet har utvecklat. Robotfisken har också lägre konsumtion och högre manövrerbarhet i vatten, i jämförelse med en traditionell propellerdriven motsvarighet. Dessa typer av robotar föredras vid undervattensutforskning där manövrering är av yttersta vikt. De har designat roboten så biologiskt korrekt som möjligt och använt sig av 3D-printing för att konstruera denna intelligenta robotfisk. Viktiga faktorer i utformningen av denna 3D-printade robotfisk är främst sim-funktionen och kroppsformen hos fisken.

"Det finns två grundläggande tillvägagångssätten i robotfiskdesign är den biologiskt efterliknande konstruktionen som har vissa krav som en svans med rätt storlek och antal leder för att ge ifrån sig kroppsvågar och även förmågan att kunna stanna vid ett visst djup med tyngdpunktens kontroll." säger forskarna.

Robotsfiskprototypen består av fem grundkomponenter: främre styv huvudkropp, tvålänkad stångsmekanism, styrenhet som utför CPG-modell (Central Pattern Generator), frontenheten och en flexibel stjärtfena. Den främre styva torpedformade kroppen är utformad för att rymma elektroniken, sensorerna och styrmekanismen. CoG-kontrollmekanismen ger en uppåtgående rörelseförmåga. Den CPG-baserade regulatorn är anpassad för att generera robusta, släta och rytmiska svängmönster. Svanslänkar som drivs av servomotorer med hög effekt och en flexibel stjärtfena som är fäst baktill är konstruerade för att generera en slags kroppsvågs. Dessa länkar som är kopplade till varandra i form av en kedjestruktur ger den kraft som behövs för att återskapa simrörelser. Eftersom robotfisken kan komma att stöta på olika statiska eller dynamiska hinder i miljön där den rör sig placerade forskarna tre infraröda avståndssensorer i vänster, höger och framsidan av robotfisken.

3D-modellerna för robotfisken designades i SolidWorks. STL-filerna konverterades sedan till voxelformat i Voxelizer där dess inställningar för lager, utskrift och support konfigureras. Varje del av prototypen är 3D-printad i PLA-filament men den flexibla stjärtfenan gjöts sedan i silikon. Alla delar är täckta med epoxilim för att förhindra eventuellt läckage från de mikroporer som bildas i produktionsprocessen. Efter monteringsfasen beläggs ytterytan med syntetisk färg för att förhindra läckage som kan orsakas av kapillärsprickor under montering.

Prototypen är ungefär 500 mm lång, 76 mm bred och 215 mm hög och den väger ca 3,1 kg.

"Robotfiskprototypens rörelseförmågor undersöks i det verkliga experimentsystemet. I dessa analyser utfördes mer än 72 olika experimentella studier för att erhålla prototypens egenskaper", förklarar forskarna. "För att testa de monterade delarnas tätningsprestanda, körs de under 6 timmar i en vattenfylld testbassäng. Tätningstestens framgång är observerad."

I det framtida arbetet kommer prototypens slutna loop-kontrollprestanda att undersökas med olika kontrollstrukturer, och robotens simprestanda testas i olika vattendrag.

Denna robotfiskdesign ger mångsidiga lösningar för olika marina tillämpningar, såsom undersökning av undervattenresurser, bestämning av förorening, observation av levande former, undersökning av nedsänkta områden, feldetektering i el- eller oljeledningar, kustskydd och militära uppdrag.