מדוזות רובוט יכולות לעזור בשירות חקלאות רוח בחוף הים
הרובוט שלנו הוא בהשראת מדוזות הירח המצוי. וויליאם ברדברי / שוטרסטוק 

חלק מהאזורים האחרונים של השממה הבתולית והבלתי נגועה בכדור הארץ קיימים מתחת לים. אולם מערכות אקולוגיות ימיות אלה מאוימות על ידי פרויקטים של כריית ים עמוק, אסדות נפט ושדות רוח ימיים. כאשר מתקנים אלה נבנים ומתוחזקים, הם נוטים לפגוע ברשתות האקולוגיות העשירות סביבם.

רובוטיסטים ומהנדסים פועלים לטיפול בבעיה זו, ומחפשים אחר דרכים חדשות ליצור מכונות שעשויות לסייע בתיקון, תחזוקה או בדיקה של המרכיבים התת-קרקעיים של תעשיית הים הצומחת. בהובלת הקולגות טיירי בוג'ארד וגבריאל וויימאות 'מאוניברסיטת סאות'המפטון, הצוות שלי עשה זאת מצא פיתרון לבעיה זו, עיצוב רובוטים מתחת למים בהשראת השחיינים החכמים ביותר בטבע: מדוזות הירח היעילות במיוחד.

רובוטים ימיים מסורתיים מיועדים לשתי מטרות עיקריות: ליעילות, ניווט למרחקים ארוכים על פני רצועות מים פתוחות, ולמשימות הדורשות יכולת תמרון גבוהה בקרבת מבנים שקועים. שני סוגי הרובוטים יעילים, אך מעטים הרובוטים שמשלבים נסיעה יעילה עם יכולת תמרון גבוהה. פירוש הדבר שרוב הרובוטים הימיים מגושמים וגמלוניים מכדי לתמוך בתעשיית הים מבלי לפגוע גם בסביבה התת-ימית.

ואכן, עם התרחבות הפיתוחים הימיים לסביבות שבריריות יותר ויותר, אפילו רובוטים ימיים משוכללים מתקשים להתמודד עם מורכבות משימותיהם. המון מחקר עוסק כיום בפיתוח רובוטים בים עמוק אוטונומי, עם יוזמות כמו Xprize מציע מימון לכמה מהרעיונות המרתקים ביותר.


גרפיקת מנוי פנימית


מכונות ימיות

כדי לענות על אתגרים אלה, מהנדסים חיפשו את הביולוגיה כדי לעורר צורות חדשות של הנעה רובוטית מתחת למים. לאחר מיליוני שנות אבולוציה, כך ההיגיון אומר, יצורים ימיים צריכים להציע מודלים שיעזרו להתמודד עם חולשותיהם של היבול הנוכחי של רובוטים מתחת למים.

מצב השחייה של הדגים, המבוסס על התנפנפות הסנפירים השונים שלהם, הפך למקור ההשראה העיקרי עבור אלה התנסות ברכבים תת ימיים חדשים. אך מצב שחיית הדופק המועדף על ידי מדוזות נחשב באופן נרחב כמנגנון ההנעה התת-מימי היעיל ביותר בעולם, ומציע פיתרון טכנולוגי משכנע יותר שהרבה יותר קל לחקות את הרובוטים.

ריצוף דופק מסתמך על התרחבות מחזורית והתכווצות של חלל חלול בגוף הדגימה. מערכת זו מניעה את בליעתם והוצאתם של מים, אשר בסופו של דבר מספקים למדוזות סוג של הנעה.

למרות פשטותה, אסטרטגיית שחייה זו יכולה לגרום לזריזות מדהימה, כמו גם להיות חסכונית ביותר באנרגיה. הדיונון המהיר ביותר יכול לנסוע עד 8 מטרים לשנייה באמצעות מערכת סילון דופק, ואילו המדוזות אוריליה אוריטה (הידוע גם בשם מדוזות הירח) ידוע שהוא השחיין היעיל ביותר על פני כדור הארץ.

על ידי העתקת אורגניזמים אלה כשאנחנו בונים רובוטים מתחת למים, אנו יכולים לתכנן כלי רכב תת-ימיים חדשים המסוגלים לשלב יכולת תמרון גבוהה עם יעילות ללא תחרות. בשלנו מחקר אחרון, פיתחנו רובוט חדש בהשראת ביו שיכול להתאים ליעילות ההנעה של ה- אוריליה אוריטה. לשם כך חיקינו את עקרון המפתח המאפשר למדוזות להשיג את יעילות ההנעה הגבוהה שלהם: תהודה.

אוריליה אוריטה או מדוזות ירחאוריליה אוריטה או מדוזות הירח נחשבות לשחיינית היעילה ביותר על פני כדור הארץ. ריצ'רד מקמילין / שוטרסטוק

רובוטיקה מהדהדת

תהודה היא תופעה פיזית הנפוצה בפעולות יומיומיות רבות כמו הליכה, משחק בנדנדה ו אפילו לשיר. אם נצפה למשל במטוטלת מתנדנדת, אנו יודעים מניסיון שהיא תמשיך להתנדנד עד שתגיע למנוחה, תלויה במצב אנכי כפי שנקבע על ידי כוח הכבידה. התדירות בה מתנדנדת המטוטלת מכונה "התדר הטבעי" שלה.

מניסיון, אנו גם יודעים שאם אנו רוצים לשמור על המטוטלת תנודה, הדרך הקלה ביותר לעשות זאת היא לתת לה דחיפה מועילה בכל פעם שהיא מגיעה לנקודת התנודה הגבוהה ביותר, בדיוק כמו שאנחנו עושים כשאנחנו דוחפים ילד גבוה יותר בתנופה. כאשר אנו עושים זאת, אנו מאפשרים למטוטלת או הנדנדה "להדהד".

לכן, תהודה מתרחשת כאשר כוח חיצוני משפיע על מערכת בתדירות הטבעית שלה, וגורם למערכת להשיג תנודות משרעת גדולות יותר בחלק קטן מהכוח הדרוש. זה מה שהופך את הפעולה בתהודה ליעילה כל כך. החלנו את אותו עיקרון על הנעת הרובוט בהשראת המדוזות שלנו.

שיערנו כי על ידי תכנון מדוזות רובוט עם מערכת הנעה אלסטית, נוכל לנצל את התדר הטבעי הגלום של אותה אלסטיקה כדי להניע את המנגנון לתהודה. בתהודה, הרובוט שלנו היה מנפיק מטוסי פעימה חזקים בשבריר מעלות האנרגיה.

לרובוט שפיתחנו יש תא פנימי אלסטי, שמתרחב ומתמוטט בהשפעת מנגנון דמוי מטריה. כאשר נבדק במיכל מים, נמצא שהרובוט מגביר את מהירות השחייה שלו כאשר המהירות בה דופק מתקרבת לתדר הטבעי של החדר האלסטי של מדוזות הרובוט. זה הוכיח שמדוזות הרובוטים שלנו השיגו תהודה.

היעילות של מערכת המניעה את עצמה, בין אם היא מכנית או ביולוגית, מבוססת על משוואה המשלבת את הכוח הנקלט, את מהירות המערכת ואת מסתה. כאשר הוחל על הרובוט שלנו, המשוואה הזו העמידה את מדוזות הרובוטים שלנו בקנה אחד עם אוריליה אוריטה מדוזה.

זו תוצאה מדהימה עם השפעה כפולה. מצד אחד זה מראה לראשונה שמערכת מכנית יכולה להשיג את יעילות ההנעה של מיטב שחייני הטבע. מצד שני, הרובוט שלנו הסביר את השחייה המצטיינת של עמיתיהם הביולוגיים - מה שעשוי לעזור כעת לביולוגים לחזור לחקר מדוזות ודיונונים עם נקודת מבט חדשה לחלוטין.

המופעל על ידי מערכת בהשראת השחיינים היעילים ביותר בטבע, מדוזות הרובוטים שלנו מספקות אב טיפוס של רובוט תת-ימי דינמי ויעיל, שתעשיית גני הרוח הימית עשויה להשתמש בו יום אחד לתחזוקת חלקי התשתית שלהם שנמצאים מתחת לגלים.

על הכותבים

פרנצ'סקו ג'ורג'יו-סרצ'י, עמית הקנצלר לרובוטיקה ומערכות אוטונומיות, אוניברסיטת אדינבורו

מאמר זה עודכן ב- 24 בפברואר 2021 לזכות הצוות מאוניברסיטת סאות'המפטון שעבד גם על מחקר זה.שיחה

מאמר זה פורסם מחדש מתוך שיחה תחת רישיון Creative Commons. קרא את ה מאמר מקורי.

ספרים קשורים

הוספה: התוכנית המקיפה ביותר שהציעה אי פעם להפוך את ההתחממות הגלובלית

מאת פול הוקן וטום שטייר
9780143130444מול פחד ואדישות נרחבים, קואליציה בינלאומית של חוקרים, אנשי מקצוע ומדענים התאגדה כדי להציע מערך של פתרונות מציאותיים ונועזים לשינויי אקלים. מאה טכניקות ושיטות מתוארות כאן-כמה ידוע; כמה שמעולם לא שמעת עליהם. הם נעים מאנרגיה נקייה לחינוך בנות במדינות בעלות הכנסה נמוכה וכלה בפרקטיקות בשימוש בקרקע ששולפות פחמן מהאוויר. הפתרונות קיימים, הם קיימא מבחינה כלכלית, וקהילות ברחבי העולם מיישמות אותם כיום במיומנות ובנחישות. זמין באמזון

עיצוב פתרונות אקלים: מדריך מדיניות אנרגיה מעוטת פחמן

מאת האל הארווי, רובי אורוויס, ג'פרי רסמן
1610919564עם ההשפעות של שינויי האקלים כבר עלינו, הצורך לקצץ בפליטת גזי חממה עולמיים הוא לא פחות דחוף. זה אתגר מרתיע, אך הטכנולוגיות והאסטרטגיות לעמידה בו קיימות כיום. קבוצה קטנה של מדיניות אנרגיה, שתוכננה ומיושמת היטב, יכולה להכניס אותנו לנתיב לעתיד נמוך בפחמן. מערכות אנרגיה הן גדולות ומורכבות, ולכן מדיניות האנרגיה חייבת להיות ממוקדת וחסכונית. גישות המתאימות לכל אחד פשוט לא יעשו את העבודה. קובעי המדיניות זקוקים למשאב ברור ומקיף המתאר את מדיניות האנרגיה שתשפיע בצורה הגדולה ביותר על עתידנו באקלים, ומתאר כיצד לתכנן היטב מדיניות זו. זמין באמזון

זה משנה את הכל: קפיטליזם מול האקלים

מאת נעמי קליין
1451697392In זה משנה הכל נעמי קליין טוענת כי שינויי אקלים אינם סתם נושא נוסף שמוגש בצורה מסודרת בין מיסים לטיפול בבריאות. זו אזעקה שקוראת לנו לתקן מערכת כלכלית שכבר כושלת אותנו במובנים רבים. קליין בונה בקפדנות את המקרה לכך שהפחתה מאסיבית של פליטת החממה שלנו היא הסיכוי הטוב ביותר שלנו בו זמנית לצמצם את אי השוויון הפעור, לדמיין מחדש את הדמוקרטיות השבורות שלנו ולבנות מחדש את הכלכלות המקומיות המרוויחות שלנו. היא חושפת את הייאוש האידיאולוגי של מכחישי שינויי האקלים, את האשליות המשיחיות של אנשי ההנדסה הגיאולוגית, ואת התבוסתנות הטראגית של יותר מדי יוזמות ירוקות-מיינסטרימיות. והיא מדגימה בדיוק מדוע השוק לא - ולא יכול - לתקן את משבר האקלים, אלא במקום זאת יחמיר את המצב, עם שיטות מיצוי קיצוניות ופוגעות יותר ויותר מבחינה אקולוגית, המלוות בקפיטליזם אסון. זמין באמזון

מאת המו"ל:
רכישות באמזון ללכת לפרוע את העלות של הבאת לך InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, ו ClimateImpactNews.com ללא עלות וללא מפרסם לעקוב אחר הרגלי הגלישה שלך. גם אם תלחץ על קישור אך אינך קונה את המוצרים הנבחרים האלה, כל דבר אחר שאתה קונה באותו ביקור באמזון משלם לנו עמלה קטנה. אין עלות נוספת עבורך, אז אנא תרום למאמץ. אתה יכול גם להשתמש בקישור זה להשתמש באמזון בכל עת כדי שתוכלו לתמוך במאמצים שלנו.