مرغ دریایی مکانیکی؛ رباتی که شنا میکند، شیرجه میزند و به پرواز درمیآید
پژوهشگران مؤسسهی فناوری ماساچوست و مؤسسهی فدرال فناوری لوزان از ساخت نخستین ربات در اندازهی پرنده خبر دادهاند که میتواند با استفاده از یک جفت بال، چرخهی کامل شنا، شیرجه و پرواز را انجام دهد. این ربات ۲۵۰ گرمی که الهامبخش آن پرندگان آبی مانند کاکاییها و پنگوئنها بوده، با بالزدنهای پیوسته و بدون استفاده از پروانه یا مکانیزم جمعشوندگی، میان دو محیط آب و هوا جابهجا میشود.
حدود ۱۰۰ گونه پرنده به راحتی میان آب و هوا جابهجا میشوند؛ پس از شیرجه برای شکار، دوباره به پرواز درمیآیند. اما ساخت ماشینی که بتواند همین کار را با بالهای پرندهگونه انجام دهد، چالش بزرگی است؛ چرا که آب حدود ۸۰۰ برابر چگالتر از هواست و عبور از این تفاوت شدید، برای بسیاری از طرحها غیرممکن است.
به گزارش نیواطلس، ربات جدید برای حل مشکل یادشده از دو ویژگی برخوردار است: بالهای انعطافپذیر و کنترل دقیق سرعت بالزدن. در زیر آب، بالها تا ۹۰ درجه خم میشوند که این کار، بار موتور را کاهش داده و سطح مؤثر هر بالزدن را کوتاه میکند. در هوا، همین بالها میتوانند تا ۱۱ بار در ثانیه به بالا و پایین بروند، در حالی که در آب این عدد به ۰٫۱ تا ۶ بار در ثانیه کاهش مییابد. همچنین ربات به گونهای طراحی شده که «شناوری خنثی» دارد، یعنی نه به سطح آب میآید و نه به پایین فرو میرود؛ این ویژگی باعث صرفهجویی در مصرف باتری میشود.
چالش اصلی و دلیل شکست رباتهای قبلی، لحظهی گذر از آب به هواست. ربات جدید با ۸ تا ۱۰ بالزدن، این انتقال را در کمتر از یک ثانیه انجام میدهد، اما این موفقیت فقط در شرایط خاصی ممکن است: بالها باید سفتی متوسطی داشته باشند؛ نه بیش از حد سفت باشند و نه بیش از حد انعطافپذیر.
همچنین، دم باید کوتاه و نزدیک به بدنه قرار گیرد و زاویه خروج از آب نیز حدود ۷۰ درجه باشد. اگر زاویه خروج بیش از حد کم باشد، دم ربات آن را به سمت پایین میکشد؛ اما اگر بیش از حد عمودی باشد، ربات تعادل خود را از دست میدهد و دوباره به داخل آب سقوط میکند.
فراتر از دستاورد مهندسی، این ربات به عنوان یک مدل فیزیکی برای آزمایش ایدهها دربارهی پرندگان آبی واقعی عمل میکند. پژوهشگران دریافتهاند که پرندگان ممکن است برای افزایش سرعت در زیر آب، طول بالهای خود را کاهش دهند. همچنین، ربات نشان داده که اگر مسیر سفر بیش از ۱۵٫۵ متر باشد، پرواز کردن کمهزینهتر از شنا کردن است؛ درست مثل انسانی که به جای عبور از میان آب کمعمق، لبههای دریاچه را دور میزند.
ربات پرنده-شناگر که هزینهی ساخت آن حدود ۳۰۰ دلار است، هنوز به صورت خودکار عمل نمیکند و نیاز به پرتاب دستی دارد. بااینحال، تیم پژوهشی فایلهای طراحی آن را به صورت منبع باز در اختیار عموم قرار داده است تا هر کسی با یک چاپگر سهبعدی بتواند آن را بسازد. گام بعدی، افزودن قابلیت ناوبری خودکار، بهبود عملکرد در آب شور و افزایش برد و استقامت ربات است.
هدف نهایی پژوهشگران، استفاده از ربات در پایش محیطزیست است. رافائل زوفری، استادیار مهندسی مکانیک MIT، دراینباره میگوید: «رویای ما این است که اقیانوسشناسان، زیستشناسان و جوامع ساحلی بتوانند این ربات را از ساحل یا قایق به هوا بفرستند تا به نزدیکی یخچالهای طبیعی، تأسیسات بندری یا گروهی از نهنگها پرواز کند، در آب شیرجه بزند و نمونهبرداری کند و سپس با هزینهای بسیار کمتر از روشهای سنتی، دادهها را بازگرداند و دوباره به مأموریت برود.»
پژوهش در ژورنال Science منتشر شده است.
