ICTPRESS - نخستین ربات پرنده‌ای که هم شنا می‌کند، هم غواصی و هم دوباره به پرواز درمی‌آید توسط محققان ساخته شد.

به گزارش شبکه خبری ICTPRESS به نقل از نیواطلس، پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست (MIT) و مدرسه پلی‌تکنیک فدرال لوزان (EPFL) نخستین ربات هم‌ اندازه یک پرنده را توسعه داده‌اند که می‌تواند با استفاده از تنها یک جفت بال، شنا کند، غواصی کند و دوباره از آب برخاسته و به پرواز دربیاید.

 این ربات ۲۵۰ گرمی با بهره‌گیری از بال‌های انعطاف‌پذیر و تنظیم سرعت بال‌زدن، قادر است میان دو محیط کاملا متفاوت آب و هوا جابه‌جا شود؛ محیطی که آب در آن حدود ۸۰۰ برابر چگال‌تر از هوا است. این ربات می‌تواند در کمتر از یک ثانیه و تنها با ۸ تا ۱۰ بار بال زدن، از حالت غوطه‌ور در آب خارج شده و پرواز کند.

این ربات که از نظر شناوری خنثی طراحی شده، علاوه بر اینکه یک دستاورد مهم مهندسی به شمار می‌رود، مدلی کم‌ هزینه برای مطالعه آیرودینامیک پرندگان غواص نیز محسوب می‌شود. هزینه ساخت آن حدود ۳۰۰ دلار است و اگرچه هنوز به‌ صورت خودکار هدایت نمی‌شود، پژوهشگران امیدوارند در آینده از آن برای پایش محیط‌زیست، سواحل و اکوسیستم‌های دریایی استفاده شود.

طبیعت این راه‌حل را میلیون‌ها سال پیش پیدا کرده است. حدود ۱۰۰ گونه پرنده می‌توانند به‌ راحتی بین آب و هوا جابه‌جا شوند؛ برای شکار به زیر آب شیرجه بزنند و سپس مستقیما دوباره به پرواز بازگردند. به گفته پژوهشگران، این ربات ۲۵۰ گرمی نخستین ماشین هم‌اندازه یک پرنده است که می‌تواند این چرخه کامل، یعنی شنا، غواصی، خروج از آب و پرواز را تنها با حرکت بال‌ها انجام دهد.

انجام چنین کاری بسیار دشوار است، زیرا آب تقریبا ۸۰۰ برابر چگال‌تر از هوا است و اغلب طراحی‌های رباتیک برای عملکرد در این دو محیط، ناچار به استفاده از سامانه‌های حرکتی متفاوت هستند.

راز موفقیت این ربات در دو ویژگی طراحی نهفته است. نخست، بال‌های انعطاف‌پذیر آن و دوم، کنترل دقیق سرعت بال‌زدن. هنگام حرکت در زیر آب، بال‌ها به‌ طور غیرفعال تا ۹۰ درصد خم می‌شوند؛ موضوعی که فشار وارد بر موتور را کاهش داده و دامنه موثر حرکت بال را کوتاه‌تر می‌کند. در هوا، همین بال‌ها می‌توانند با فرکانس حداکثر ۱۱ هرتز بال بزنند، اما در زیر آب این مقدار بین ۰٫۱ تا ۶ هرتز کاهش می‌یابد.

ویژگی مهم دیگر، شناوری خنثای ربات است؛ به این معنا که نه به‌ طور طبیعی روی آب شناور می‌شود و نه به سمت پایین فرو می‌رود. این ویژگی اهمیت زیادی دارد، زیرا غلبه بر نیروی شناوری می‌تواند باتری محدود ربات را به‌ سرعت تخلیه کند.

شنا کردن و پرواز کردن هر دو چالش‌های خاص خود را دارند، اما دشوارترین بخش، لحظه‌ای است که ربات باید از آب خارج شده و وارد هوا شود. اگر این انتقال در کسری از ثانیه به‌درستی انجام نشود، کل سامانه از کار خواهد افتاد.

این ربات موفق می‌شود در کمتر از یک ثانیه و با هشت تا ۱۰ بار بال زدن از آب خارج شود، اما این عملکرد تنها در شرایطی خاص امکان‌پذیر است. بال‌ها باید سختی متوسطی داشته باشند؛ نه بیش از حد خشک 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 بیش از حد کم باشد، دُم در آب گیر می‌کند و اگر بیش از حد عمودی باشد، ربات تعادل خود را از دست داده و دوباره داخل آب سقوط می‌کند.

فراتر از دستاورد مهندسی، این ربات می‌تواند به‌عنوان یک مدل فیزیکی برای بررسی رفتار واقعی پرندگان غواص نیز مورد استفاده قرار گیرد.

هم پرندگان واقعی و هم این ربات در محدوده مشابهی از بازده آیرودینامیکی فعالیت می‌کنند که با شاخصی به نام عدد استروهال (Strouhal Number) توصیف می‌شود. مقدار این شاخص برای هر دو بین ۰٫۲ تا ۰٫۴ است.

براساس داده‌های پژوهشگران، اگر فاصله سفر بیش از حدود ۱۵٫۵ متر باشد، پرواز از نظر مصرف انرژی به‌صرفه‌تر از شنا خواهد بود. بنابراین اگر مقصد به‌ اندازه کافی دور باشد، این پرنده مکانیکی ترجیح می‌دهد از آب خارج شود، مسیر را در هوا طی کند و سپس دوباره برای ادامه ماموریت به آب بازگردد؛ همان منطقی که باعث می‌شود انسان به‌ جای عبور از میان دریاچه، مسیر خشکی اطراف آن را انتخاب کند.

این سامانه هنوز کاملا خودکار نیست. آزمایش‌های انجام‌ شده تاکنون با پرتاب دستی و فعال‌سازی مبتنی بر زمان‌سنج یا محرک‌های ساده صورت گرفته است.

به گفته پژوهشگران، گام‌های بعدی شامل توسعه ناوبری خودکار، بهبود عملکرد در آب شور و افزایش برد و زمان ماموریت است. اگر این اهداف محقق شوند، این ربات می‌تواند در پایش محیط‌زیست، نمونه‌برداری از دریاچه‌ها، رودخانه‌ها، سواحل و اکوسیستم‌های دریایی به کار گرفته شود.