机器人果冻可以巡逻海洋,清洁石油泄漏和检测污染物

机器人水母可以在海洋中巡逻,清理漏油,检测污染物

亚历克斯·维兰纽瓦和实验性的机器人水母将来可能会在海上巡逻,用于军事和环境保护。

研究人员正在研究自动机器人水母,它将进行军事监视,清理漏油和监测环境。这种机器人生物被称为“机器人果冻”(RoboJelly),有几种大小的机器人处于不同的发展阶段,有些机器人的宽度超过5英尺。

布莱克斯堡,维吉尼亚,2012年5月29日——维吉尼亚理工学院的研究人员正在为美国海军进行一个多所大学的全国性项目,该项目有一天将在世界各地的水域中放置仿生自主水母机器人。

弗吉尼亚理工大学机械工程和材料科学与工程副教授、该项目的首席研究员Shashank Priya表示,该项目的主要重点是了解自然所使用的推进机制的基本原理。机器人水母的未来用途可能包括军事监视、清理漏油和监测环境。

这不是科幻小说。现在,在弗吉尼亚理工大学达勒姆大厅的一个实验室里,一个600加仑的水箱定期装满水,测试小型机器人水母的运动和能量自我创造和使用。一个人造橡胶皮肤,在你的手中,柔软的,模仿光滑的水母皮肤,被放置在一个碗状的设备上覆盖着电子产品。当他们移动时,他们看起来很奇怪地活着。

这种被称为“机器人果冻”的机器生物被设计成可以依靠自己的能量与海蟹或软体动物相抗衡。

Priya说:“水母是很有吸引力的模仿候选者,因为它们的代谢率比其他海洋物种低,消耗很少的能量,在不同的水条件下的生存能力,以及拥有适合携带有效载荷的形状。”“它们栖息在世界上每一个主要的海洋区域,能够承受各种温度,在淡水和咸水中生存。大多数物种在浅水区发现,但也有一些在海平面以下7000米的深处发现。”

机器人果冻的几种尺寸正在不同阶段的开发中,有的只有人手大小,有的超过5英尺宽。能源收集材料和系统中心(Center for Energy Harvesting Materials and Systems)主任普丽娅说,后一种机器人对实验室的水箱来说太大了,目前正在游泳池中进行测试,还没有准备好广泛公开亮相。

Priya补充说,除了大小不同之外,水母还表现出各种各样的形状和颜色,能够自己垂直移动,但水平移动依赖于海洋洋流。水母没有中枢神经系统,而是使用扩散的神经网络来控制运动,并能完成复杂的功能。“到目前为止,我们的重点是使用实验模型来理解自然的基本原理,”Priya谈到水母时说。

机器人水母的想法并非来自弗吉尼亚理工大学,而是来自美国海军海底战争中心和海军研究办公室。弗吉尼亚理工大学正在与四所美国大学合作进行一个为期数年、耗资500万美元的项目:德克萨斯大学达拉斯分校(University of Texas at Dallas)正在研究基于纳米技术的驱动器和传感器;位于罗德岛的普罗维登斯学院负责生物研究,加州大学洛杉矶分校负责静电和光学传感/控制,斯坦福大学负责化学和压力传感。弗吉尼亚理工大学正在建造水母的身体模型,整合流体力学并开发控制系统。美国其他几所主要大学和企业,以及合作者和顾问委员会成员也参与了这个项目。

到目前为止,这个项目已经进行了近4年,并得到了来自《洛杉矶时报》、《大众科学》、《新科学家》等媒体和几家与海洋相关的贸易出版物的广泛关注。该项目还需要几年的时间才能发布用于军事侦察或目标跟踪行动的模型,无论是带有摄像头、传感器还是其他设备。

RoboJelly还有很多其他的企业用途。“这些机器人可以用来研究水生生物,绘制海底地图,监测洋流,监测水质,或监控鲨鱼,”加拿大新不伦瑞克省圣雅克的亚历克斯·维兰纽瓦(Alex Villanueva)说,他是普利亚的机械工程博士生。其他的想法:探测海洋污染物,在2010年夏天墨西哥湾发生的另一起类似“深水地平线”的石油泄漏事件中,它可能被用来作为清理过滤器。

“水母研究的有趣之处在于它是如此开放。没有人对水母飞行器做过我们所做的研究。这为我们的设计提供了很大的自由和创造力,而不是那种非常无聊的优化工作。”Villanueva说道。

更小的模型正在被开发,以氢为动力,自然丰富的水,这是一个巨大的步骤在自动飞行器。更大的模型可能由内置在机器人体内的电池操作。Priya说,在这两种情况下,水母必须能够独立运行数月或更长时间,因为工程师可能无法捕获和修复机器人,或更换电源。

Priya说:“我们的生物学家一直在研究数十种不同种类的水母,它们在世界各地都有不同的形状因子,分为‘长形’或‘扁形’。”“这些物种中的大多数采用划船或喷射的推进方式。我们正在研究这两种推进机制。”

Priya说,建造机器人水母是跨学科研究活动的一个真正的例子,并列举了参与这个正在进行的项目的材料科学家、机械工程师、生物学家、化学家、物理学家、电气工程师和海洋工程师。

他说:“当一切都结合在一起时,我们可以创造出超越数百万年进化的实验模型,这是非常令人兴奋的。”“大自然在设计推进系统方面做得很好,但这是一个缓慢而乏味的过程。另一方面,目前的技术状况使我们能够在几个月内创造出高性能的系统。”

图片:弗吉尼亚理工学院

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