Deze maand publiceerden wetenschappers zeldzame beelden van een van de meest ongrijpbare haaien van het noordpoolgebied. De bevindingen tonen aan dat, ondanks de vele technologische ontwikkelingen van de afgelopen jaren, het blijft een uitdagende taak om het zeeleven van dichtbij te documenteren.

Maar computerwetenschappers van het MIT denken een mogelijke oplossing te hebben:het gebruik van robots.

In een krant die vandaag verschijnt, een team van MIT's Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) onthulde "SoFi, " een zachte robotvis die zelfstandig naast echte vissen in de oceaan kan zwemmen.

Tijdens testduiken in het Rainbow Reef in Fiji, SoFi zwom tot 40 minuten per keer op diepten van meer dan 15 meter, behendig omgaan met stromingen en foto's en video's met hoge resolutie maken met (wat nog meer?) een fisheye-lens.

Met behulp van zijn golvende staart en een uniek vermogen om zijn eigen drijfvermogen te beheersen, SoFi kan in een rechte lijn zwemmen, draai, of duik omhoog of omlaag. Het team gebruikte ook een waterdichte Super Nintendo-controller en ontwikkelde een aangepast akoestisch communicatiesysteem waarmee ze de snelheid van SoFi konden veranderen en specifieke bewegingen en bochten konden laten maken.

"Voor zover we weten, dit is de eerste robotvis die voor langere tijd ongebonden in drie dimensies kan zwemmen, " zegt CSAIL promovendus Robert Katzschmann, hoofdauteur van het nieuwe tijdschriftartikel dat vandaag is gepubliceerd in Wetenschap Robotica . "We zijn enthousiast over de mogelijkheid om een ​​systeem als dit te kunnen gebruiken om dichter bij het leven in zee te komen dan mensen alleen kunnen krijgen."

Katzschmann werkte aan het project en schreef de paper samen met CSAIL-directeur Daniela Rus, afgestudeerde student Joseph DelPreto en voormalig postdoc Robert MacCurdy, die nu een assistent-professor is aan de Universiteit van Colorado in Boulder.

Hoe het werkt

Bestaande autonome onderwatervoertuigen (AUV's) zijn traditioneel vastgemaakt aan boten of aangedreven door omvangrijke en dure propellers.

In tegenstelling tot, SoFi heeft een veel eenvoudigere en lichtere installatie, met een enkele camera, een motor, en dezelfde lithium-polymeerbatterij die wordt aangetroffen in consumentensmartphones. Om de robot te laten zwemmen, de motor pompt water in twee ballonachtige kamers in de staart van de vis die werken als een stel zuigers in een motor. Naarmate een kamer groter wordt, het buigt en buigt naar één kant; wanneer de actuatoren water naar het andere kanaal duwen, dat men buigt en buigt in de andere richting.

Deze afwisselende acties creëren een zij-aan-zij beweging die de beweging van een echte vis nabootst. Door de stroompatronen te veranderen, het hydraulische systeem maakt verschillende staartmanoeuvres mogelijk die resulteren in een reeks zwemsnelheden, met een gemiddelde snelheid van ongeveer een halve lichaamslengte per seconde.

"De auteurs tonen een aantal technische prestaties in fabricage, aandrijven, en waterbestendigheid waardoor de robot onder water kan bewegen zonder een ketting, " zegt Cecilia Laschi, een professor in biorobotica aan de Sant'Anna School of Advanced Studies in Pisa, Italië. "Een robot als deze kan helpen het rif beter te verkennen dan de huidige robots, zowel omdat het veiliger dichterbij kan komen voor het rif en omdat het beter kan worden geaccepteerd door de mariene soorten."

De hele achterste helft van de vis is gemaakt van siliconenrubber en flexibel plastic, en verschillende onderdelen zijn 3D-geprint, inclusief het hoofd, die alle elektronica bevat. Om de kans op waterlekkage in de machine te verkleinen, het team vulde het hoofd met een kleine hoeveelheid babyolie, omdat het een vloeistof is die tijdens het duiken niet comprimeert door drukveranderingen.

Inderdaad, een van de grootste uitdagingen van het team was om SoFi op verschillende diepten te laten zwemmen. De robot heeft twee vinnen aan zijn zijkant die de stand van de vis aanpassen voor op en neer duiken. Om de positie verticaal aan te passen, de robot heeft een verstelbaar gewichtscompartiment en een "buoyancy control unit" die de dichtheid kan veranderen door lucht te comprimeren en te decomprimeren.

Katzschmann zegt dat het team SoFi heeft ontwikkeld met als doel om zo ongestoord mogelijk te zijn in zijn omgeving, van het minimale geluid van de motor tot de ultrasone emissies van het communicatiesysteem van het team, die commando's verzendt met golflengten van 30 tot 36 kilohertz.

"De robot is in staat tot nauwkeurige observaties en interacties met het leven in zee en lijkt niet storend voor echte vissen, ' zegt Rus.

Het project maakt deel uit van een groter oeuvre bij CSAIL gericht op zachte robots, die het potentieel hebben om veiliger te zijn, steviger, en wendbaarder dan hun harde tegenhangers. Zachte robots zijn in veel opzichten gemakkelijker te besturen dan starre robots, omdat onderzoekers zich minder zorgen hoeven te maken over het vermijden van botsingen.

"Het vermijden van botsingen leidt vaak tot inefficiënte bewegingen, aangezien de robot genoegen moet nemen met een botsingsvrij traject, " zegt Rus, de Andrew en Erna Viterbi hoogleraar elektrotechniek en computerwetenschappen aan het MIT. "In tegenstelling tot, een zachte robot overleeft niet alleen een aanrijding, maar zou het kunnen gebruiken als informatie om de volgende keer een efficiënter bewegingsplan te maken."

Als volgende stappen zal het team werken aan verschillende verbeteringen aan SoFi. Katzschmann is van plan de snelheid van de vis te verhogen door het pompsysteem te verbeteren en het ontwerp van zijn lichaam en staart aan te passen.

Hij zegt dat ze ook van plan zijn om binnenkort de camera aan boord te gebruiken om SoFi automatisch echte vissen te laten volgen. en om extra SoFi's te bouwen voor biologen om te bestuderen hoe vissen reageren op verschillende veranderingen in hun omgeving.

"We zien SoFi als een eerste stap in de richting van de ontwikkeling van een soort onderwaterobservatorium, "zegt Rus. "Het heeft de potentie om een ​​nieuw type hulpmiddel te zijn voor oceaanonderzoek en om nieuwe wegen te openen voor het ontrafelen van de mysteries van het zeeleven."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.