Nieuwe robotkwallen kunnen de sleutel zijn tot het bewaken en verzorgen van kwetsbare delen van de oceanen van de wereld zonder ze te beschadigen.

De robots zijn ontwikkeld door een team van Amerikaanse wetenschappers, van de Florida Atlantic University (FAU) en het Amerikaanse Office of Naval Research. Ze zijn ontworpen om vrij te kunnen zwemmen, stuur van links naar rechts, en zwem door nauwe openingen.

De onderzoekers zetten hun bevindingen vandaag uiteen in het tijdschrift Bio-inspiratie en biomimetica .

Corresponderende auteur Dr. Erik Engelberg, van FAU, zei:"Het bestuderen en monitoren van kwetsbare omgevingen, zoals koraalriffen, is altijd een uitdaging geweest voor mariene onderzoekers. Zachte robots hebben een groot potentieel om hierbij te helpen.

"Biomimetische zachte robots op basis van vissen en andere zeedieren hebben de afgelopen jaren aan populariteit gewonnen in de onderzoeksgemeenschap. Kwallen zijn uitstekende kandidaten omdat ze zeer efficiënte zwemmers zijn.

"Hun voortstuwende prestatie is te danken aan de vorm van hun lichaam, die een combinatie van vortex kan produceren, straalaandrijving, roeien, en op zuigkracht gebaseerde voortbeweging."

Om deze prestatie te benutten, de onderzoekers gebruikten de vorm van de maankwal (Aurelia aurita) tijdens het larvenstadium van zijn levenscyclus. Terwijl eerdere ontwerpen van robotkwallen een verscheidenheid aan verschillende voortstuwingsmechanismen gebruikten, het ontwerp van het team voor hun nieuwe kwal gebruikte hydraulische netwerken voor voortstuwing.

Dr. Engeberg zei:"Een belangrijke toepassing van de robot is het verkennen en bewaken van delicate ecosystemen, daarom kozen we voor zachte hydraulische netwerkactuatoren om onbedoelde schade te voorkomen. Aanvullend, levende kwallen hebben een neutraal drijfvermogen. Om dit na te bootsen, we gebruikten water om de actuatoren van het hydraulische netwerk op te blazen tijdens het zwemmen."

Om de kwal te laten sturen, het team gebruikte twee waaierpompen om de acht tentakels op te blazen. Het ontwerp van de waaierpomp produceerde een open circuit van waterstroom, waar water uit de omgeving in de zachte actuators werd gepompt om een ​​zwemslag te produceren. Toen de pompen niet werden aangedreven, de elasticiteit van het siliconenrubbermateriaal van de tentakelactuator vernauwde de actuatoren om het water tijdens de ontspanningsfase terug in de omgeving te duwen.

Deze elasticiteit is vergelijkbaar met de passieve elasticiteit die wordt aangetoond door levende kwallen na belcontracties. Het ontwerp maakte ook de noodzaak voor kleppen overbodig, het verminderen van de controlecomplexiteit, ruimtevereisten, en kosten.

Het team heeft vijf verschillende robotkwallen in 3D geprint, gebruik van siliconenrubber voor de aandrijvingen. Elke kwal had een variërende rubberhardheid om het effect op de voortstuwingsefficiëntie te testen.

Ze testten ook het vermogen van de robots om door nauwe openingen te persen, met behulp van ronde gaten gesneden in een plexiglas plaat.

Dr. Engeberg zei:"We ontdekten dat de robots door openingen konden zwemmen die smaller zijn dan de nominale diameter van de robot. In de toekomst zullen we zijn van plan om omgevingssensoren zoals sonar op te nemen in het besturingsalgoritme van de robot, samen met een navigatie-algoritme. Hierdoor kan het gaten vinden en bepalen of het er doorheen kan zwemmen."