Подводный робот поплавал и прогулялся на ластах по дну

Корейские инженеры разработали подводного гибридного робота под названием HERO-BLUE, который не только плавает, но также ходит и ползает по дну, в том числе неровному, а также покрытому гравием или водорослями. Для этого робот использует одни и те же симметрично расположенные в передней и задней части корпуса четыре гибкие конечности, которые играют роль ласт или ног в зависимости от режима передвижения. Статья с описанием конструкции опубликована в журнале IEEE Transactions on Robotics.

Большинство из существующих на сегодняшний день роботов не могут передвигаться с одинаковой эффективностью в любых условиях. Например, мультикоптеры обладают высокой свободой передвижения в воздухе, но потребляют много энергии, а колесные и ходячие роботы обладают большей энергоэффективностью, но способны передвигаться только по относительно ровной поверхности. Обойти эти ограничения инженеры пытаются через создание гибридов. Причем этот подход используется не только для сухопутных роботов, но и для устройств, работающих в водной среде. К примеру, робот Crawfish состоит из подводного и колесного модулей, что позволяет ему не только свободно плавать, но и ездить по поверхности гидротехнических сооружений, для обслуживания которых он предназначен.

Однако колеса подходят только для относительно ровной поверхности. В случае же передвижения по дну, которое может быть покрыто илом, водорослями или камнями, лучше подходят ноги. Именно этот подход выбрали инженеры под руководством Ю Сон Чхоль (Son-Cheol Yu) из Пхоханского университета науки и технологий. Они разработали подводного робота под названием HERO-BLUE, который способен плавать и передвигаться по дну, используя для этого одни и те же конечности.

Длина робота составляет 0,6 метра. Масса — 11,32 килограмм. Корпус разделен на две части, соединенные подвижным сочленением, которое играет роль позвоночника. Он позволяет телу изгибаться в горизонтальной плоскости, благодаря чему робот может поворачивать во время плавания, и ползать по дну.

Кроме позвоночника у робота есть еще три двигательных системы: грудные и боковые плавники, а также система контроля плавучести. Грудные плавники располагаются симметрично спереди и сзади на корпусе. Робот использует их и для быстрого плавания, и для ходьбы. Грудные плавники приводятся в действие индивидуальными сервоприводами и состоят из нескольких секций, которые связаны искусственными сухожилиями из силикона. Благодаря им плавники могут сгибаться или сохранять форму в зависимости от направления вращения электромоторов. Боковые плавники находятся по бокам в центральной части корпуса. Они повышают стабильность во время плавания на больших скоростях, а на малых используются для более точного позиционирования робота. Кроме того, они могут создавать дополнительную прижимную силу при ходьбе по дну.

В герметичном объеме передней части корпуса находятся бортовой компьютер Nvidia Jetson-TX2 и сенсоры: две камеры, система инерциальной навигации и датчик давления. В задней части находится батарея и модуль управления питанием. В движение робот приводится одиннадцатью сервоприводами, девять из которых расположены снаружи — они отвечают за плавание и ходьбу. Еще два находятся внутри корпуса. Регулируя объем камер спереди и сзади робота, они контролируют его плавучесть, и отвечают за всплытие, погружение и переход от плавания к ходьбе.

Разработчики провели ряд экспериментов в различных условиях, чтобы оценить производительность и адаптивность робота. Часть тестов проходила в бассейне, а другая — в естественных условиях: в море, озере и на дне ручья. Эксперименты показали, что гибрид может не только эффективно плавать со скоростью до 1,08 километра в час, но и ходить по дну водоема со скоростью до 63 миллиметров в секунду, используя грудные ласты в роли ног.

Робот способен передвигаться не только по ровной поверхности, но и по дну, покрытому гравием с величиной зерен до 5,5 сантиметров, а также может преодолевать склоны. При этом робот может идти против подводного течения. В одном из тестов во время движения по зарослям водорослей BLUE противостоял подводному течению 0,4 метра в секунду. Для повышения сцепления с поверхностью, что может пригодиться и при движении по наклонным поверхностям, робот может создавать дополнительную прижимную силу с помощью боковых плавников.

По мнению разработчиков, HERO-BLUE может стать заменой обычным подводным роботам, особенно, в сложных подводных условиях, когда их винты могут запутаться в подводной растительности. Способность HERO-BLUE ходить и ползать по дну позволяет ему экономно расходовать энергию, а также пробираться через мелководные участки, которые обычные подводные аппараты неспособны преодолеть. Наконец, отказ от винтов позволяет роботу действовать, не вредя флоре и фауне, поэтому его можно будет применять и для исследования подводных экосистем.

Иногда инженеры создают роботов с конструкцией, имитирующей настоящих животных, для того, чтобы лучше понять особенности их поведение. Например, инженеры из Швейцарии разработали водного робота похожего на миногу или угря, чтобы смоделировать работу нервной системы настоящих животных и лучше понять особенности локомоции подводных позвоночных.