Robot renang bawah air merespons dengan umpan balik dari 'gurat sisi' lembut
Robotics

Robot renang bawah air merespons dengan umpan balik dari ‘gurat sisi’ lembut


Kredit: Universitas Nasional Seoul

Sebuah tim ilmuwan dari Max Planck Institute for Intelligent Systems (MPI-IS) di Jerman, dari Seoul National University di Korea dan dari Universitas Harvard di AS, berhasil mengembangkan model prediktif dan pengontrol loop tertutup dari ikan robot lunak. , dirancang untuk secara aktif menyesuaikan amplitudo undulasi untuk mengubah kondisi aliran dan gangguan eksternal lainnya. Karya mereka “Modeling and Control of a Soft Robotic Fish with Integrated Soft Sensing” diterbitkan di Wiley’s Sistem Cerdas Canggih jurnal, dalam edisi khusus tentang “Penyimpanan dan Pengiriman Energi dalam Sistem Robotik.”

Setiap sisi robot ikan dilapisi dengan otot buatan yang lembut yang terbuat dari bilik silikon kecil seperti karet. Melalui kantong tersebut, para peneliti memompa udara secara bergantian di setiap sisi. Sementara kantong udara di satu sisi mengembang, mereka membuat lengkungan, mengontrak kantong udara di sisi lainnya. Hal ini menyebabkan robot ikan membengkok ke kanan dan ke kiri, mengayunkan ekornya, menyerupai pola gerakan seperti gelombang yang terlihat oleh ikan sungguhan.

Untuk mengukur pembengkokan, para ilmuwan menyematkan sensor regangan lunak canggih, yang terdiri dari lapisan tipis saluran mikro berangin yang diisi dengan logam cair dan dikemas dalam silikon. Yang tadinya seperti kabel, bisa meregang seperti kabel telepon hingga panjang 900%. Semakin banyak tekanan udara setiap ruang silikon dari aktuator, semakin banyak sensor yang ditempatkan di atas tikungan, dan ‘kawat’ logam cairnya memanjang. Para ilmuwan kemudian menghubungkan sensor ke Ohmmeter untuk mengukur hambatan listrik. Semakin besar perpanjangan peregangan, semakin tinggi hambatan listrik di dalam ‘kabel’. Angka ini memberi para ilmuwan data tentang bagaimana kelengkungan ikan robotik mereka berubah karena perubahan tekanan udara tertentu.

Para ilmuwan kemudian meletakkan platform ikan robotik ini di bawah air dalam tangki aliran. Dalam beberapa percobaan, mereka menguji bagaimana pengontrol tekanan udara mengambil bacaan dari sensor untuk mengukur kinerja renang robot — sebuah loop informasi yang memberi makan algoritme pembelajaran mandiri di dalam pengontrol untuk mendorong jumlah udara yang tepat melalui pneumatik kantong sehingga renang sangat cocok dengan kecepatan aliran air yang berbeda.

“Kami mengembangkan model hidrodinamik yang dapat memprediksi bagaimana ikan robot lunak kami akan berperilaku. Hal ini didasarkan pada temuan sebelumnya di mana kami mengukur daya dorong puncak selama berenang dengan ko-kontraksi dan pengerasan tubuh, dan menguji sensor lunak dalam gerakan undulatory feedforward. Menutup loop dengan Umpan balik sensorik lembut proprioseptif memungkinkan robot untuk merespons kondisi aliran yang berbeda, “jelas Ardian Jusufi. Dia adalah penulis publikasi yang sesuai dan mengkhususkan diri pada bahan aktif lunak, biomimetik, dan robotika. Jusufi adalah kepala kelompok penelitian Max Planck Cyber ​​Valley untuk “Penggerak dalam Sistem Biorobotik dan Somatik” di MPI-IS. “Proyek kami dibangun di atas beberapa makalah kolaboratif sebelumnya tentang robot lunak dan pemodelan biorobotik robot renang. Untuk memajukan pemodelan dan kontrol loop tertutup, tim kami telah menggabungkan keahlian robotika lunak dari tiga benua.”

“Dalam pekerjaan ini, kami telah menggunakan pendekatan sederhana untuk membangun model ikan robot lunak berbasis data, dan mengembangkannya dengan desain pengontrol. Model ini juga dapat dengan mudah diperpanjang tanpa perlu membangunnya kembali sepenuhnya, misalnya untuk mempelajari efek penskalaan robot atau menguji berbagai jenis teknik penginderaan, “jelas Yu-Hsiang Lin dari kelompok Penggerak dalam Sistem Biorobotik dan Somatik” di MPI-IS, dan penulis pertama.

Dalam publikasi mereka, para ilmuwan menggambarkan sensor sebagai teknik desain yang benar-benar baru, memberi label ‘sensor regangan logam cair hiper-elastis’. Dikembangkan oleh Prof. Yong-Lae Park dan timnya di Universitas Nasional Seoul, dan Daniel Vogt dari Universitas Harvard, mereka adalah inovasi sejati. “Dalam biologi dan juga robotika lunak, dengan robot yang sepenuhnya lembut, kita memiliki derajat kebebasan yang tak terbatas. Itu berarti setiap bagian tubuh dapat berubah bentuk. Sulit untuk memperkirakan bagaimana perubahan bentuk ikan, karena kita tidak dapat menempatkan tanpa batas. sejumlah sensor ke tubuhnya, karena akan mungkin dilakukan dengan robot kaku dengan jumlah sambungan terbatas, “kata Park.

“Robot ini akan memungkinkan kami untuk menguji dan menyempurnakan hipotesis mengenai neuromekanik hewan perenang serta membantu kami meningkatkan robot bawah air di masa depan,” lanjut Jusufi. “Selain mengkarakterisasi sensor regangan lunak di bawah kondisi dinamis terendam untuk pertama kalinya, kami juga mengembangkan pendekatan pemodelan berbasis data yang sederhana dan fleksibel untuk merancang pengontrol umpan balik renang kami. Model ini akan menarik minat komunitas ilmiah dan akan membantu mempercepat pekerjaan masa depan dalam desain dan pengoperasian robot lunak. Dalam penelitian mendatang, kami juga akan memanfaatkan sensor regangan lunak pada robot terestrial yang memanjat dan dapat mengatasi rintangan kompleks. “

Memahami mekanisme yang mendasari bagaimana hewan lunak seperti ikan berenang membantu dalam merancang struktur lunak buatan dan memungkinkan untuk menggunakannya untuk membuat robot. Robot yang terinspirasi oleh hewan semacam itu suatu hari nanti dapat digunakan untuk menjelajahi kedalaman laut dan memberikan data berharga tentang kehidupan laut, menghindari kebisingan, dan mengurangi risiko keterikatan yang dihadapi kapal selam yang kaku dan didorong secara konvensional. Robot renang juga bisa menjadi pilihan yang lebih hemat energi, itulah sebabnya semakin banyak ilmuwan telah menunjukkan banyak upaya dalam mengembangkan aktuator lunak dan sensor yang terus meningkatkan kemampuan robot renang dengan mereplikasi penggerak vertebrata air.

Apa yang suatu hari bisa berfungsi sebagai kendaraan bawah air yang lebih maju juga memiliki tujuan lain: replika ikan dengan umpan balik sensorik menawarkan wawasan penting tentang neuromekanik ikan dan kecerdasan morfologisnya, memajukan bidang biologi.


Bahan lembut cerdas yang melengkung di bawah tekanan atau mengembang saat diregangkan


Informasi lebih lanjut:
Yu-Hsiang Lin dkk. Pemodelan dan Pengendalian Soft Robotic Fish dengan Soft Sensing Terintegrasi, Sistem Cerdas Canggih (2021). DOI: 10.1002 / aisy.202000244

Disediakan oleh Universitas Nasional Seoul

Kutipan: Robot renang bawah air merespons dengan umpan balik dari ‘gurat sisi’ lembut (2021, 23 Maret), diambil pada 23 Maret 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-03-underwater-robot-feedback-soft-lateral.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten tersebut disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Data SGP 2020