Робот-медуза: възможно ли е?

Природата на нашата планета е невероятна и изключително разнообразна. Интересът към изследването й е неизчерпаем: от най-високите планински върхове до най-дълбоките части на океаните. Въпреки осъществените многобройни експедиции, океаните все още крият морски екосистеми, които са застрашени от проекти за дълбоководно копаене и нефтени платформи. Екологичните системи около тези конструкции се разрушават при тяхното построяване и поддръжка. Това е причината инженери да фокусират усилията си върху разработването на машини за ремонт, поддръжка и проверка на подводни компоненти, които да не причиняват вреда на околната среда.

Роботите за работа под вода, които се занимават с тези важни и сериозно задачи, са проектирани с две основни цели: за ефективна навигация на дълги разстояния през открити участъци от вода и за задачи, изискващи добро придвижване в близост до потопени конструкции. Рядко се срещат роботи, които притежават и двете способности, което ги прави твърде непохватни за да подкрепят офшорната индустрия без лоши последици за подводната среда. А дълбоководното копаене се развива с бърза скорост и обхваща все по-големи територии. Това го прави опасно за голям брой крехки подводни екосистеми, които са застрашени от унищожаване, дори и от най-модерните морски роботи. Предмет на сериозни изследвания е развитието на въпросните "помощници", чието финансиране идва от различни компании и въпреки това тези машини все още не са достатъчно ефективни.
 
Потенциално решение за опазването на морските екологични системи е предложено от д-р Габриел Уеймаут и Тиери Бужард от университета в Саутхемптън. Екипът от учени проектира подводни роботи, базирани върху устройството на ушатата медуза, позната още като лунна медуза или аурелия. Идеята не е нова. Инженерите често черпят вдъхновение от биологията и природата за разработването на подводни роботи. Начинът, по който плуват рибите, е чрез пляскане с различни перки и именно това е първоначалният източник на идеи за разработването на машините за изследване под вода. Освен това все по-голяма подкрепа получава тезата, че пулсирането на медузите е най-добрият начин за придвижване в подводна среда.
 
Придвижването на медузите се осъществява чрез циклично разширяване и свиване на кухина на тялото, което поглъщаща и изхвърляща водна струя, придвижваща мекотелото напред. Чрез имитацията на такова движение, дълбоководните роботи ще могат да комбинират висока маневреност с несравнима ефективност.
 
За да постигне тази цел, екипът на д-р Уеймаут се фокусира върху основния принцип при пулсирането на медузите – резонансът. Той е честотно селективен отговор на осцилаторна система на периодично външно въздействие. При него се получава рязко увеличаване на амплитудата на стационарните трептения. Тогава честотата на външно въздействие съвпада със стойности, характерни за системата. Пример за резонанс е люлеенето на люлка. При бутането и в определени времеви моменти, в съответствие с нейната резонансна честота, люлеенето се увеличава, а в противен случай, движението спира напълно. Заключението е, че резонансът се получава при прилагането на определена и специфична външна сила. Именно този принцип е приложен към разработването на дълбоководния робот, проектиран по модел на медуза за задвижването му. Екипът от учени на д-р Уеймаут прилага еластична задвижваща система, която разчита на присъщата естествена честота на ластика за да задвижи механизма към резонанс. Разработеният робот притежава еластична вътрешна кухина, която се разширява и свива, под въздействието на подобен на чадър механизъм. При тестове във вода роботът-медуза увеличава скоростта си. Когато скоростта на пулсиране на "тялото" достига скоростта на пулсиране на еластичната кухина, се постига резонанс.
 
Ефективността на една система, която се задвижва сама, дали чрез механика или чрез биология, се изчислява с помощта на уравнение, зависещо от погълната мощност, скорост и маса на системата. Резултатът от тестове върху придвижването на робота-медуза е идентичен с този на ушата медуза. Така се създават нови възможности, не само за усъвършенстването на дълбоководните роботи, но и за изучаването на самите мекотели.