Als inspiratiebron, waterdieren zoals vissen, walvisachtigen, en kwallen zouden kunnen inspireren tot innovatieve ontwerpen om de manieren te verbeteren waarop door de mens gemaakte systemen werken in en omgaan met aquatische omgevingen. Kwallen in de natuur stuwen zichzelf voort door hun omgeving door hun klokvormige lichamen radiaal uit te zetten en samen te trekken om water achter zich te duwen, die straalaandrijving wordt genoemd.

In tegenstelling tot de heersende opvatting dat kwallen worden beschreven als inefficiënte zwemmers, kwallen hebben bewezen een van de meest energetisch efficiënte zwemmers te zijn. Dat is, het is aangetoond dat zwemmen als een kwal een opmerkelijk voortstuwingsvoordeel zal hebben als voortstuwing met een laag energieverbruik vereist is. Daarom, de bewegingen van kwallen hebben het afgelopen decennium veel belangstelling getrokken in de context van bio-geïnspireerde onderwatervoertuigen.

Onlangs, onderzoekers van het Instituut voor Automatisering, Chinese Academie van Wetenschappen in Peking, China heeft met succes een nieuwe robotkwal ontwikkeld die in staat is om driedimensionale kwallenachtige voortstuwing en manoeuvres uit te voeren op basis van een op versterking gebaseerde leermethode.

Door de nieuwste ontwikkelingen in mechatronisch ontwerp te combineren, materialen, elektronica, en controlemethoden, onderzoekers doen een geïntegreerde inspanning om slimme actuatoren te ontwikkelen om verschillende robotkwallen te fabriceren. In het algemeen, dergelijke robotkwallen zijn vaak vastgebonden en veel langzamer in snelheid in vergelijking met het soort dat wordt aangedreven door conventionele elektromotoren. De meeste bestaande robotkwallen kunnen hun drie-assige houding niet vrij aanpassen, wat een nadelig effect heeft op vrijzwemmende voortstuwing en plausibele toepassingen.

Om dit probleem op te lossen, de onderzoeksgroep onder leiding van Prof. Junzhi Yu van het Institute of Automation, Chinese Wetenschapsacademie, heeft onderzocht hoe een bio-geïnspireerd, door een motor aangedreven, kwallenachtig robotsysteem dat in staat is tot 3D-beweging, wordt ontworpen en bestuurd.

De ontworpen robotkwallen zijn gemodelleerd naar Aurelia aurita (gewoonlijk maankwallen genoemd), die een relatief grote cilinderinhoud heeft en vooral geschikt is voor gebruik met een groot laadvermogen. Hij is ongeveer 138 mm hoog en weegt ongeveer 8,2 kg. Zoals geïllustreerd in figuur 1, de robotkwal is halfrond van vorm en bestaat uit een klokvormige stijve kop, een cilindrische hoofdholte, vier afzonderlijke zes-bar verbindingsmechanismen, en een zachte rubberen huid. Om de manoeuvreerbaarheid van de robotkwal te verbeteren, een in de holte geassembleerd barycenter-aanpassingsmechanisme wordt geïntroduceerd. Door twee klompgewichten in verticale of horizontale richting of in een combinatie van beide te verstellen, houdingsregulatie wordt bereikt.

"Het is erg moeilijk om een ​​nauwkeurig dynamisch model vast te stellen voor kwallenachtig zwemmen, aangezien het een zeer niet-lineaire, sterke koppeling, en tijdsafhankelijk systeem, " zei door Prof. Junzhi Yu. "Parametrische onzekerheden en externe verstoringen in dynamische aquatische omgevingen, tegelijkertijd, problemen veroorzaken bij het afleiden van controlewetten door het probleem van de inverse kinematica op te lossen. een op versterking gebaseerde, gesloten houdingscontrolemethode wordt voorgesteld voor de robotkwal, die een optimaal beslissingscontroleprobleem kan oplossen door directe interactie met de omgeving, vooral zonder de noodzaak van dynamische modellering.

Eindelijk, het voorstel van de bekrachtigingsleergebaseerde methode van houdingscontrole maakt autonome houdingsregulatie mogelijk. "In vergelijking met de meeste andere robotkwallen, de gebouwde robot vertoont een hoge mate van structuurflexibiliteit en giermanoeuvreerbaarheid, " Wijst Yu erop. Hij benadrukte ook dat deze zelfrijdende robotkwal met 3D-beweging grote implicaties heeft voor het bio-geïnspireerde ontwerp van een straalvoortstuwingssysteem met grote behendigheid.