Snelst zwemmende robot is geïnspireerd op mantarog

Twee jaar geleden demonstreerde Jie Yin, hoofddocent werktuigbouwkunde en ruimtevaarttechniek aan de North Carolina State University, een zachte waterrobot die een gemiddelde zwemsnelheid van 3,74 lichaamslengtes per seconde kon bereiken.

Haitao Qing, Phd student aan dezelfde universiteit, heeft hij dat ontwerp nu verbeterd. De nieuwe robot is energiezuiniger en kan een gemiddelde snelheid van 6,8 lichaamslengtes per seconde halen. Bovendien kan het ontwerp doorheen de hele waterkolom op en neer zwemmen, terwijl het vorige model de hele tijd aan het wateroppervlak moest blijven.

De robot heeft vinnen die geïnspireerd zijn op die van mantaroggen. Ze zijn gemaakt van een materiaal dat stabiel is wanneer hij zijn vinnen wijd open spreidt. Ze zitten bevestigd aan een flexibel siliconen lichaam dat een kamer bevat die kan worden volgepompt met lucht. Het opblazen van de luchtkamer laat de vinnen buigen op een manier die lijkt op de neerwaartse slag van een manta wanneer die met zijn vinnen klapt. Wanneer de lucht uit de kamer wordt gelaten, springen de vinnen spontaan terug in hun uitgangspositie omdat ze willen terugkeren naar hun stabiele toestand.

Het maakt de robot meteen energiezuiniger en sneller, omdat er door lucht in de kamer te pompen energie in het systeem wordt gebracht en die energie weer vrijkomt wanneer de lucht wordt losgelaten.
Voor het besturen van de robot bestudeerden de onderzoekers de vloeistofdynamica van manta's. Wanneer mantaroggen zwemmen, produceren ze twee waterstralen die hen vooruit bewegen en ze veranderen hun baan door hun zwembeweging aan te passen.

De onderzoekers pasten een vergelijkbare techniek toe om de verticale beweging van de robot te besturen. Wanneer de robot snel met zijn vinnen klapt, stijgt hij omhoog. En wanneer de robot die frequentie vertraagt, kan hij tussen het klappen van zijn vinnen een beetje zinken, waardoor hij naar beneden kan duiken of op dezelfde diepte kan blijven zwemmen.

Belangrijk is nog dat de robot wordt aandreven met perslucht. Wanneer de vinnen van de robot in rust zijn, is de luchtkamer leeg en neemt het drijfvermogen van de robot af. Hoe sneller de robot met zijn vinnen klapt, hoe langer de luchtkamer vol is en hoe meer drijfvermogen hij heeft.

De onderzoekers werken nu aan het verbeteren van de zijwaartse beweging van de robot en onderzoeken ook andere manieren om het ontwerp te besturen. Daardoor kunnen de mogelijkheden ervan nog aanzienlijk toenemen.