我们的机器人的灵感来自普通的月亮水母。 Willyam Bradberry / Shutterstock
地球上一些原始而原始的原始荒野存在于海底。 然而，这些海洋生态系统正受到深海采矿项目，石油钻井平台和海上风电场的威胁。 在建造和维护这些设施时，它们往往会破坏周围的丰富生态网络。
机器人专家和工程师正在努力解决这个问题，寻找制造机器的新方法，这些机器可能有助于修理，维护或检查不断发展的海上工业的海底组件。 在南安普敦大学的同事Thierry Bujard和Gabriel Weymouth的带领下，我的团队 找到了解决方案 为了解决这个问题，设计了受自然界最聪明的游泳者启发的水下机器人：超高效的月亮水母。
传统水上机器人的设计主要有两个目的：高效， 远距离导航 跨越开阔的水域，以及需要高度机动性且接近水下结构的任务。 两种类型的机器人都有效，但是很少有机器人将有效的行程和高机动性结合在一起。 这意味着大多数水上机器人笨拙笨拙，无法在不损害海底环境的情况下为海上工业提供支持。
的确，随着海上开发的扩展到日益脆弱的环境，即使是最先进的海洋机器人也正在努力应对其任务的复杂性。 目前，许多研究正在开发自主的深海机器人，其举措包括 大奖 为一些最令人兴奋的想法提供资金。
船用机械
为了应对这些挑战，工程师们寻求生物学来启发新型的水下机器人推进器。 经过数百万年的进化，逻辑上就可以得出结论，水生生物应该提供模型来帮助解决当前水下机器人的弱点。
基于不同鳍的拍打，鱼的游泳方式已成为这些鱼类灵感的主要来源。 尝试新的水下航行器。 但是，水母所偏爱的脉冲喷射游泳模式被广泛认为是世界上最有效的水下推进机制，它提供了更引人注目的技术解决方案，使机器人手更容易模仿。
脉冲喷射依赖于标本主体中空空腔的周期性膨胀和收缩。 该系统驱动水的摄入和排出，最终为水母提供推进的形式。
尽管具有简单性，但这种游泳策略仍可带来令人难以置信的敏捷性以及高效节能。 最快的鱿鱼可以传播到 每秒8米 使用脉冲喷射系统，而水母 极光 （也称为月亮水母）被称为 这个星球上最高效的游泳者.
通过在建造水下机器人时复制这些生物，我们可以设计出能够将高机动性与无与伦比的效率相结合的新型水下车辆。 在我们的 最近的研究，我们开发了一种新型的生物启发型机器人，该机器人可以匹配机器人的推进效率。 极光。 为此，我们模仿了使水母实现其高推进效率的关键原理：共振。
极光或月水母被认为是地球上最有效的游泳者。 理查德·麦克米林（Richard A McMillin）/ Shutterstock
共振机器人
共鸣是许多日常活动中常见的物理现象，例如步行，荡秋千和 甚至唱歌。 例如，如果我们观察摆动的钟摆，我们会从经验中知道它会继续摆动直到静止，并悬吊在由重力决定的垂直位置。 摆的振荡频率称为“自然频率”。
从经验中我们还知道，如果我们想保持钟摆的摆动，最简单的方法就是在每次摆动达到最高点时对其进行有益的推动，就像我们将孩子推高时所做的那样。在秋千上。 当我们这样做时，我们允许摆锤或摆幅“共振”。
因此，当外力以其固有频率影响系统时，就会发生共振，从而导致系统以所需力的一小部分实现更大的振幅振荡。 这就是使共振操作如此高效的原因。 我们将相同的原理应用于以水母为灵感的机器人的推进过程。
我们假设通过设计具有弹性推进系统的机器人水母，我们可以利用该弹性体的固有固有频率来驱动该机构产生共振。 在共振中，我们的机器人将以能量成本的一小部分发出强大的脉冲射流。
我们开发的机器人具有一个弹性的内部腔室，该内部腔室在类似伞形机构的作用下膨胀和收缩。 在水箱中进行测试时，发现该机器人会提高游泳速度，因为它的脉动速度接近该机器人水母弹性腔的固有频率。 证明我们的机器人水母已经达到共振。
不论是机械的还是生物的，推动自身运行的系统的效率均基于将吸收的功率，系统的速度及其质量相结合的方程式。 当应用于我们的机器人时，该方程式将我们的机器人水母与 极光 海蜇。
这是一个令人震惊的结果，具有双重影响。 一方面，它首次显示出机械系统可以达到自然界最佳游泳者的推进效率。 另一方面，我们的机器人解释了其生物学同行的出色游泳活动-这现在可以帮助生物学家以全新的视角重新研究水母和鱿鱼。
我们的机器人水母由一个由自然界最高效的游泳者启发的系统提供动力，提供了一种动态高效的水下机器人的原型，海上风电场行业有一天可能会使用它来维护其位于海浪之下的基础设施部分。
作者简介
弗朗切斯科·乔治·塞尔基（Francesco Giorgio-Serchi），大臣机器人与自治系统研究员， 爱丁堡大学
本文于24年2021月XNUMX日更新，以纪念南安普敦大学的研究小组。
相关书籍
缩编：有史以来最全面的计划，旨在扭转全球变暖
保罗霍肯和汤姆斯蒂尔
面对广泛的恐惧和冷漠，一个由研究人员，专业人士和科学家组成的国际联盟聚集在一起，为气候变化提供一套切合实际的大胆解决方案。 这里描述了100种技术和实践 - 一些是众所周知的; 一些你可能从未听说过的。 它们包括清洁能源，教育低收入国家的女孩，以及将碳排出空气的土地使用做法。 存在的解决方案在经济上是可行的，并且全世界的社区目前正在以技巧和决心制定它们。 适用于亚马逊
设计气候解决方案：低碳能源政策指南
Hal Harvey，Robbie Orvis，Jeffrey Rissman
鉴于气候变化已经对我们造成影响，减少全球温室气体排放量的迫切需要。 这是一个艰巨的挑战，但是当今存在应对挑战的技术和策略。 精心设计和实施的少量能源政策可以使我们迈向低碳未来。 能源系统庞大而复杂，因此能源政策必须重点突出且具有成本效益。 千篇一律的方法根本无法完成工作。 政策制定者需要一个清晰，全面的资源，概述对我们的气候未来影响最大的能源政策，并描述如何精心设计这些政策。 适用于亚马逊
这改变一切：资本主义与气候
作者：Naomi Klein
In 这改变一切 Naomi Klein认为，气候变化不仅仅是税收和医疗保健之间的另一个问题。 这是一个警报，要求我们修复一个已经在很多方面让我们失望的经济体系。 Klein一丝不苟地建立了大规模减少温室气体排放的案例，这是我们同时减少差距不平等的最佳机会，重新想象我们破碎的民主国家，并重建我们的内部经济。 她揭露了气候变化否认者的意识形态绝望，潜在地球工程师的弥赛亚妄想，以及太多主流绿色倡议的悲剧性失败。 她准确地说明了为什么市场没有 - 也不能 - 解决气候危机，反而会使事情变得更糟，更加极端和生态破坏性的提取方法，伴随着猖獗的灾难资本主义。 适用于亚马逊
来自出版商：
在亚马逊购买可以支付带给您的费用 InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, 和 ClimateImpactNews.com 免费且没有广告客户跟踪您的浏览习惯。 即使您点击链接但不购买这些选定的产品，您在亚马逊的同一次访问中购买的任何其他东西都会向我们支付少量佣金。 您无需支付额外费用，因此请为此付出努力。 你也可以 使用此链接 随时使用亚马逊，以便您可以帮助支持我们的工作。
