Группа исследователей из Шэньянского института автоматики (SIA) Китайской академии наук представила мягкую роботизированную рыбу, которая приводится в движение электрогидравлической системой. Разработка способна развивать высокую скорость и выполнять сложные трёхмерные манёвры. Результаты опубликованы 5 октября в журнале IEEE/ASME Transactions on Mechatronics.

Мягкие роборыбы рассматриваются как перспективный инструмент для подводного мониторинга окружающей среды и разведки ресурсов. Однако традиционные конструкции часто жертвуют скоростью ради манёвренности, особенно при выполнении сложных движений в трёх измерениях. Новая работа предлагает решение этого давнего противоречия.

Инженеры вдохновились тем, как у настоящих рыб согласованно работают мышцы и скелет, а также тем, как плавательный пузырь регулирует плавучесть. Они объединили жёсткие и гибкие элементы в единую систему движителя и добавили активное управление плавучестью. В результате удалось совместить быстрый толчок с гибкими пространственными перемещениями.

Ключевой элемент - электрогидравлический привод с двумя степенями свободы. Это означает, что устройство может двигаться в двух независимых направлениях. Локальные жёсткие ограничения снижают нежелательные деформации при срабатывании. Два приводных блока работают попеременно, имитируя сокращения мышц-антагонистов, и создают высокочастотные колебания хвоста.

В ходе экспериментов роборыба показала максимальную скорость 2,13 длины тела в секунду - примерно 26 см/с (10 дюймов в секунду). Минимальная стоимость транспорта (показатель энергозатрат на перемещение единицы массы на единицу расстояния) составила 9,4 Дж/(кг·м). По словам авторов, это новый рекорд скорости среди мягких роборыб, использующих волнообразное движение тела и хвостового плавника (BCF-пропульсию).

Для управления ориентацией исследователи создали биомиметический плавательный пузырь, работающий за счёт перехода жидкости в газ. Регулируя локальную плавучесть, система создаёт момент тангажа - вращательное усилие, наклоняющее робота вперёд или назад, - и позволяет менять положение от -20° до 58°.

Совместная работа электрогидравлического движителя и динамической регулировки позы даёт роборыбе возможность выполнять горизонтальный крейсерский ход, повороты, S-образное плавание, подъём, погружение и спиральный подъём. Таким образом, аппарат выходит за рамки чисто горизонтального движения и совершает сложные трёхмерные манёвры.

Авторы подчёркивают: сочетание жёстко-гибкого электрогидравлического привода с активным управлением плавучестью позволяет сохранить структурную податливость, достичь высокой скорости и манёвренности в 3D. Это потенциальный подход к созданию высокоэффективных подводных роботов. При этом речь идёт о лабораторном прототипе, а не о готовом коммерческом продукте.

Источник: Tech Xplore