De beste menselijke hardlopers zijn gespecialiseerd - sommigen zijn toegewijd aan het afleggen van ultralange afstanden, terwijl anderen zich concentreren op bliksemsnelheid over een kwestie van meters.

In de open oceaan, Hoewel, tonijn kan beide - als zeer efficiënte zwemmers, ze kunnen duizenden mijlen over de Stille Oceaan migreren van Californië naar Japan, maar wanneer bedreigd of op jacht, ze behoren ook tot de snelste vissen in het water, in staat om snelheden van bijna 50 mijl per uur te bereiken.

Maar voor wetenschappers zoals George Lauder, die hopen beter te begrijpen hoe vissen bewegen door robots te ontwikkelen om hun onderwatergang te modelleren, " die flexibiliteit was tot nu toe waanzinnig moeilijk vast te leggen.

De Henry Bryant Bigelow hoogleraar ichtyologie, Lauder en een team van onderzoekers van de Universiteit van Virginia ontwikkelden "Tunabot, " de eerste robottonijn die zowel de zeer efficiënte zwemstijl van tonijn als hun hoge snelheid nauwkeurig kan nabootsen. De robot wordt beschreven in een paper gepubliceerd in Wetenschap Robotica .

"Mensen hebben ingewikkelde manieren bedacht om visrobots te bouwen. Sommige kunnen vrij snel bewegen, maar ze nemen grote hoeveelheden kracht, Lauder legde uit. "We wilden iets creëren dat de energiebehoefte van de vissen kon benaderen en efficiënt kon bewegen over een reeks snelheden.

"Het is als een Porsche die door het verkeer in Cambridge rijdt, Lauder zei. "Het gaat niet 100 mijl per uur, maar het kan naar de baan gaan en op een hoog niveau presteren. Tonijn is eigenlijk net als de Porsche, het zijn krachtige vissen die relatief langzaam en efficiënt kunnen bewegen, maar ze zijn blij om het op te voeren."

De uitdaging, Lauder zei, was bij het ontwerpen van een mechanisme dat de rotatie van een motor efficiënt kon omzetten in het zijdelings klapperen van een vissenstaart - en de oplossing bleek verrassend eenvoudig te zijn.

"Een team onder leiding van Hilary Bart-Smith, een professor in UVA Engineering's Department of Mechanical and Aerospace Engineering, deed het door een gebogen as aan de motor te bevestigen, " zei Lauder. "Dus het is uiterst eenvoudig, en het bleek zeer effectief en zeer energiezuinig te zijn. Het hele ding kost slechts ongeveer $ 100."

En met tests uitgevoerd in Lauder's lab, het UVA-team kon aantonen dat de prestaties en het stroomverbruik van de robot vergelijkbaar zijn met die van levende vissen.

In feite, Lauder zei, Tunabot was zo energiezuinig dat, met alleen de stroom geleverd door een iPhone-batterij, het kon tot ongeveer 5½ mijl zwemmen. Dezelfde robot, Hoewel, was ook in staat tot zeer snelle bewegingen, wel 15 keer per seconde met zijn staart fladderen.

"Je kunt het zien als mijlen per gallon, eigenlijk, Lauder zei. "We willen iets dat qua prestaties op een vis lijkt, zodat we kunnen begrijpen hoe de staart van een tonijn werkt, zodat we de stroom over de staart kunnen visualiseren, en dat is moeilijk te doen in een levende tonijn."

Dat wil niet zeggen dat het team Tunabot niet heeft vergeleken met zijn biologische neven.

"We hebben dit kwantitatief vergeleken met gegevens van levende geelvintonijn, Lauder legde uit. "Er is een groep in Rhode Island die geelvintonijn kweekt, en daar konden we de robot vergelijken met tonijn van 2 meter lang. Dat is ongebruikelijk, voor een robotica-paper om biologische gegevens van hoge kwaliteit te hebben voor nauwkeurige vergelijkingen."

uiteindelijk, Lauder zei, de hoop is dat de Tunabot licht zal helpen werpen op de biomechanica van hoe vissen in de open oceaan zwemmen. "Dat is altijd een van de doelen van het project geweest, " zei hij. "Er zijn een aantal visrobots die zijn ontworpen voor verschillende doeleinden, maar … het was moeilijk om robots te ontwikkelen die op enigerlei wijze de prestaties van open-oceaanvissen benaderen. Het idee om deze high-speed prestatieruimte te verkennen, dat was nog niet eerder gedaan, en dat is onze belangrijkste bijdrage."

Dit verhaal is gepubliceerd met dank aan de Harvard Gazette, De officiële krant van Harvard University. Voor aanvullend universiteitsnieuws, bezoek Harvard.edu.