Роборыбы ориентируются в «потоковых ландшафтах»
Европейский исследовательский проект FILOSE, финансируемый ЕС, разработал роботов с новым чувством — боковой линией. Этот сенсорный орган есть у всех рыб, но до сих пор у созданных человеком подводных аппаратов не было его технологического аналога.
В статье, опубликованной в Proceedings of the Royal Society A, участники проекта описывают робота-рыбу, управляемого с помощью сенсоров боковой линии. За 4 года консорциум FILOSE исследовал боковую линию и локомоцию рыб, чтобы понять, как рыбы обнаруживают и используют особенности течения, и создать на этих биологических принципах эффективных подводных роботов.
Хотя поток — высокоизменчивое и нестационарное состояние материи, его можно измерить и охарактеризовать по многим устойчивым особенностям (например, направление потока или интенсивность турбулентности). Эти особенности можно описать как «потоковый ландшафт» (flowscape), который помогает рыбам и роботам ориентироваться, перемещаться и контролировать движение.
«До сих пор в робототехнике поток рассматривался как помеха, сбивающая роботов с курса. Мы показали, что поток — это также источник информации, который можно использовать для лучшего управления аппаратом. Кроме того, поток может быть источником энергии, если мы поймём его динамику и будем умно взаимодействовать с вихрями и течениями», — говорит научный координатор проекта, профессор Марья Круусмаа.
Эксперименты FILOSE по сенсорике и управлению в потоке показали, что робот-рыба может экономить энергию:
- Находя энергетически выгодные области с более слабыми течениями.
- Взаимодействуя с вихрями, которые помогают толкать его вперёд.
Роботы также способны определять направление течения и плыть против него или удерживать позицию, компенсируя снос, измеряя скорость потока. Показано, что робот FILOSE, зависнув в следовой зоне объекта в потоке, снижает энергопотребление. «Это похоже на езду в воздушном мешке за другим велосипедистом или экономию топлива автомобилем за грузовиком», — поясняет профессор Круусмаа.
В рамках проекта было разработано несколько прототипов искусственной боковой линии и приводов для роботов, чтобы экспериментально изучить различные аспекты восприятия и движения в жидкостях.
Проект FILOSE способствовал пониманию «рыбьей» точки зрения на водную среду. «Роботизированные эксперименты также помогли нам понять поведение рыб. Записывая данные с датчиков потока на голове робота-рыбы, которую мы запрограммировали двигаться как настоящая рыба в аналогичных условиях, мы можем понять, что способны воспринимать рыбы», — говорит участник проекта, профессор Уильям Мегилл.
Роботы-рыбы с сенсорами боковой линии стали результатом совместной работы экспертов в области биологии рыб (Университет Бата, Великобритания), подводной робототехники (Таллиннский технический университет, Эстония), машиностроения (Рижский технический университет, Латвия), анализа сигналов и восприятия потока (Университет Вероны, Италия) и сенсорных технологий (Итальянский технологический институт).