Китайські вчені розробили м’якого робота, який плаває за допомогою плавників та може витримати тиск на глибині майже 11 тисяч метрів. Останнього вчені досягли, надихнувшись будовою тіла найглибоководнішої риби, що мешкає у Маріанському жолобі. Новий робот доводить потенціал м’якої робототехніки для дослідження не просто водних, а і екстремальних середовищ, повідомляють інженери у статті, опублікованій у Nature.
Вільне плавання робота у Південно-Китайському морі. NPG Press / YouTube
Які роботи плавають у воді?
Океанологи порівнюють свої дослідження океану з дослідженнями космосу: їхні апарати дорогі і здатні здійснювати лише короткочасні подорожі. Тому більшість водних глибин Землі залишаються найбільшими невідомими територіями, які складно досліджувати у тому числі через величезний тиск. Наукові дослідження морських глибин зазвичай проводяться або апаратами, яких буксують іншими транспортними засобами або дистанційно керованими інструментами. Однак, зараз уваги дослідників добилися і автономні підводні апарати, які потроху почали замінювати інші для картографічних і дослідницьких місій. Від тиску їх зазвичай захищають за допомогою жорстких корпусів та систем компенсації. Але вченим не дає спокою те, що глибоководним жителям такі системи зовсім не потрібні і вони чудово справляються без жорсткої оболонки.
Тут і виступає м’яка робототехніка, натхненна живими організмами, зазвичай кальмарами і восьминогами. М’яких роботів створюють з полімерів, силікону та інших піддатливих матеріалів, які допомагають справлятися зі складними умовами, адаптуючись до них. Їхня гнучкість дає їм безліч переваг: від захисту власної «начинки» до більшої безпеки у взаємодії як з людьми, так і з іншими жителями навколишнього середовища(наприклад, рибами поруч). Вони вміють втискуватися в обмежений простір, переміщатися нерівними поверхнями, а також не руйнувати усе, до чого торкаються. Тож у дослідників з’явиться можливість діставати крихкі морські організми цілими.
Як врятувати робота від тиску?
На великих глибинах тиск водяного стовпа сягає таких значень, що електронні компоненти роботів не витримають без додаткового захисту. У Маріанському жолобі, наприклад, тиск води біля дна більш ніж у 1000 разів перевищує нормальний атмосферний тиск на рівні моря. До недавнього часу для електронних модулів глибоководних апаратів використовували жорсткі корпуси, які збільшували і вартість, і розміри систем. Тому інженери пропонують використовувати гібридний підхід між конструкцією систем, стійких до тиску, і міцними корпусами, щоб реалізовувати мініатюрних і економічно вигідних роботів для роботи у відкритому морі.
Робот авторів цієї роботи виготовлений з м’якого полімеру, а за формою тіла нагадує рибу, бо має два плавники і хвіст. Плавники виготовлені з діелектричного еластомеру і прикріплені до «м'язів» тіла робота, скорочення яких змушує їх плескати та рухати роборибу. Її електроніку вчені вирішили захистити за допомогою розділення електронних плат на декілька частин, що зменшить загальне навантаження. На це їх надихнула будова глибоководної скорпеноподібної риби — Pseudoliparis swirei. Вона ендемік Маріанської западини та мешкає на глибині понад шість тисяч метрів — найбільша глибина, де її ловили, сягала 7966 метрів, що є рекордом для риб. Її скелет, не закостенів остаточно та складається з хрящової тканини, а череп взагалі незакритий та складається з кількох частин, на що і звернули увагу інженери. Так вони розклали на частини електронні компоненти свого робота, а не разом, як це зазвичай робиться в електронних пристроях. Лабораторні випробування та моделювання показали, що таке розташування знижує напругу на стиках між компонентами, що знаходяться під тиском. Потім всі елементи робота вони просто залили силіконом, ізолювали «начинку» від води та тим самим здешевили його виготовлення.
Як пройшло плавання?
Спершу робот поплавав по колу навколо жердини у лабораторній камері з водою під тиском. Потім вчені поступово знайомили його з реальними водними умовами та випробували його в озері на глибині 70 метрів, де робот вільно плавав зі швидкістю 3,16 сантиметра в секунду. Далі він досяг швидкості 5,19 сантиметра на секунду вже на глибині близько 3200 метрів у Південно-Китайському морі. І вже після цього, підключений для підтримки до звичайного підводного робота, зробив тестові знімки Маріанської западини на глибині шість тисяч метрів .
NPG Press / YouTube
Під час останнього плавання інженери робота вже не відпускали — вважають, що робота можуть легко забрати підводні течії, з якими його плавникам поки не справитися. Однак, він став прикладом того, як жорсткі захисні модулі можна замінити просто розділивши електронні компоненти усередині м’якого матеріалу. Так він дасть змогу безпечно досліджувати морську фауну, збирати для вчених зразки, повзати морським дном, підводними печерами або кораловими рифами.
Також раніше ми писали, як інженери спостерігали за морськими зірками, щоб підгледіти у них спосіб не втрачати своїх роботів у штормі, пропонували використовувати скатів для дослідження морських глибин, а також відмовилися від електроніки у м’якому черепахоподібному роботі.