Onderwaterrobots worden veel gebruikt als gereedschap bij verschillende maritieme taken. De RobDact is zo'n bionisch onderwatervoertuig, geïnspireerd op een vis genaamd Dactylopteridae die bekend staat om zijn vergrote borstvinnen. Een onderzoeksteam heeft computationele vloeistofdynamica en een krachtmetingsexperiment gecombineerd om de RobDact te bestuderen, waardoor een nauwkeurig hydrodynamisch model van de RobDact is ontstaan ​​waarmee ze het voertuig beter kunnen besturen.

Het team publiceerde hun bevindingen in Cyborg and Bionic Systems op 31 mei 2022.

Onderwaterrobots worden nu gebruikt voor veel maritieme taken, waaronder in de visserij, onderwaterverkenning en kartering. De meeste traditionele onderwaterrobots worden aangedreven door een propeller, die effectief is om met een stabiele snelheid in open water te varen. Onderwaterrobots moeten echter vaak met lage snelheden in turbulente wateren kunnen bewegen of zweven, terwijl ze een specifieke taak uitvoeren. Het is voor de propeller moeilijk om de robot in deze omstandigheden te verplaatsen. Een andere factor wanneer een onderwaterrobot met lage snelheden in onstabiel stromend water beweegt, is de "trillende" beweging van de propeller. Dit trillen genereert onvoorspelbare vloeistofpulsen die de efficiëntie van de robot verminderen.

De afgelopen jaren hebben onderzoekers gewerkt aan het creëren van onderwaterrobots die levende wezens nabootsen. Deze bionische voertuigen bewegen door het water, vergelijkbaar met de manier waarop vissen of mantaroggen bewegen. In vergelijking met traditionele onderwatervoortstuwingsvoertuigen werken deze bionische onderwatervoertuigen efficiënter en robuuster in het water, terwijl ze milieuvriendelijk zijn.

Onderwaterrobots worden beïnvloed door de omringende vloeistof terwijl ze door het water bewegen. Dit fenomeen wordt het hydrodynamisch effect genoemd. Tijdens het bewegen in het water heeft de robot te maken met onbekende waterstroming en kracht, wat kan leiden tot onnodige veranderingen in de positie van de robot.

Om de robot beter te kunnen besturen, hebben onderzoekers een nauwkeuriger hydrodynamisch model nodig. Het maken van dit model is meestal erg complex en moeilijk. Bovendien is de echte onderwateromgeving veranderlijk en moeilijk te voorspellen, waardoor de modelparameters kunnen verschuiven bij een verandering in de omgeving. Onderzoekers hebben computationele vloeistofdynamica gebruikt om hydrodynamische modellen voor onderwaterrobots te maken.

De modellen die zijn gemaakt met alleen computationele vloeistofdynamica zijn echter niet zo nauwkeurig en praktisch als ze zouden moeten zijn. Om deze uitdaging te overwinnen, probeerde het onderzoeksteam een ​​andere aanpak. "Om het hydrodynamische model nauwkeuriger en praktischer te maken, hebben we de computationele vloeistofdynamica en een krachtmetingsexperiment gecombineerd", zegt Rui Wang, een onderzoeker aan het Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences.

Met behulp van computationele vloeistofdynamica identificeerden de onderzoekers de parameters in het hydrodynamische model. Vervolgens ontwikkelden ze een krachtmeetplatform om de kracht te verkrijgen die door het RobDact-voertuig wordt gegenereerd. Met dit proces konden ze zowel de storende kracht als de kracht die door de RobDact wordt gegenereerd in elke complexe omgeving verkrijgen. "Dit kan ons helpen de bewegingstoestand van het onderwatervoertuig beter te begrijpen en het onderwatervoertuig nauwkeuriger te besturen", zegt Qiyuan Cao, een onderzoeker aan het Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences.

Met hun experiment kon het team de hydrodynamische kracht van de RobDact bij verschillende snelheden bepalen. Met het door hen ontwikkelde krachtmeetplatform konden ze de kracht van RobDact in de X-, Y- en Z-richting meten. Ze hebben een mapping-relatie vastgesteld tussen de RobDact-fluctuatieparameters en de stuwkracht van het voertuig door middel van hun krachtmetingsexperimenten. Door het dynamische model van het stijve lichaam van RobDact samen te voegen met het model voor het in kaart brengen van de stuwkracht, konden de onderzoekers een nauwkeurig en praktisch hydrodynamisch model van de RobDact's in verschillende bewegingen ontwikkelen.

Met het oog op de toekomst willen de onderzoekers de intelligente besturing van bionische onderwatervoertuigen bestuderen met behulp van het hydrodynamische model in combinatie met kunstmatige-intelligentiemethoden, zoals versterkingsleren. "Het uiteindelijke doel is om de praktische toepassing van bionische onderwatervoertuigen te promoten bij het monitoren van wateromgevingen en het zoeken en redden onder water", aldus Wang. + Verder verkennen

Een op bever geïnspireerde methode om de bewegingen van een eenbenige zwemmende robot te begeleiden