Piatto, agile, affascinante: da un team di ricerca svizzero arriva un nuovo mini robot per il nuoto
Il mini robot nuotatore ha una pinna motrice. Si ispira ai vermi piatti marini.
Un team di scienziati dell'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) e del Max Planck Institute for Intelligent Systems (MPI IS) ha sviluppato un nuovo robot per il nuoto. Il progetto è stato presentato nello studio "Highly agile flat swimming robot" sulla rivista scientifica Science Robotics. Il sistema si basa su un sistema di nuoto a gravità che si basa sull'uso di un'unità di movimento.
Il sistema si basa su attuatori elettroidraulici. Si tratta di componenti o sistemi che svolgono una funzione di controllo o di azionamento in dispositivi tecnici. Il robot è caratterizzato da un'elevata agilità e da un design piatto e potrebbe migliorare l'esplorazione e il monitoraggio degli specchi d'acqua.
Grazie al suo design compatto e all'elevata manovrabilità, il robot nuotatore potrebbe essere utilizzato in diversi ambiti. Nel monitoraggio ambientale, si potrebbe pensare a un'applicazione per la misurazione dei parametri dell'acqua o per l'osservazione degli ecosistemi acquatici. Inoltre, i robot nuotatori piccoli e maneggevoli potrebbero essere utilizzati per compiti di ispezione negli impianti industriali.
Funzionalità e principi tecnologici
Il robot galleggiante ha un design compatto con una lunghezza di 45 millimetri e una larghezza di 55 millimetri. Utilizza attuatori elettroidraulici per muoversi nell'acqua. Questi attuatori generano movimenti oscillanti che consentono la deformazione ondulatoria delle pinne flessibili e quindi la propulsione.
Fonte: EPFL
La struttura è costituita da materiali dielettrici solidi e liquidi (sostanze elettricamente non conduttive) che, in combinazione con il controllo ad alta tensione, consentono una regolazione precisa dei movimenti. I ricercatori hanno studiato l'efficienza del movimento, in particolare la relazione tra frequenza di attuazione, ampiezza dell'aletta e spinta generata.
Basics dell'analisi della ricerca
L'analisi del movimento di nuoto si basa, tra le altre cose, sul parametro di Strouhal, che descrive l'efficienza dei modelli di locomozione ondulatoria. I risultati indicano che il sistema raggiunge un'efficace trasmissione di energia. Gli scienziati hanno anche studiato il consumo energetico degli attuatori e ottimizzato la frequenza di funzionamento per ottenere il minor fabbisogno energetico possibile.
Per l'alimentazione sono state provate sia versioni cablate che autonome del robot. Gli esperimenti iniziali con una fonte di energia integrata hanno mostrato il potenziale per tempi di funzionamento più lunghi, mentre ulteriori risparmi energetici potrebbero essere ottenuti regolando le dinamiche di movimento.
I risultati dell'esperimento
Negli esperimenti, il robot ha raggiunto una velocità massima di nuoto di 11,9 centimetri al secondo in condizioni operative ottimali con una tensione di 1,7 kilovolt e una frequenza di 40 hertz. Tuttavia, questo valore è stato raggiunto in modalità "tethered" (con alimentazione esterna). In modalità autonoma (senza legami), invece, la velocità massima di nuoto è stata di 5,14 centimetri al secondo.
Fonte: EPFL
L'indagine sulla locomozione ha rivelato che la frequenza ottimale per la spinta massima è di 38,3 Hertz, che è coerente con la velocità massima misurata vicina ai 40 Hertz. Inoltre, è stata determinata una velocità di rotazione massima di 195 gradi al secondo.
Ulteriori sviluppi e prospettive
I ricercatori dell'EPFL e dell'MPI IS hanno in programma di sviluppare ulteriormente il concetto. Le possibili ottimizzazioni riguardano la fornitura di energia e l'adattamento a diverse condizioni operative. In futuro, il robot potrebbe essere ampliato con ulteriori sensori o modificato per applicazioni specifiche.
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