Ten robot spada jak nasiono. Po lądowaniu zamienia się w żaglówkę

Najpierw można wyrzucić go z lecącego drona. Nie otworzy spadochronu i nie uruchomi silników, tylko zacznie wirować jak opadające z drzewa nasiono klonu. Po zetknięciu z wodą sam wróci do właściwej pozycji. A potem elementy, które przed chwilą hamowały jego upadek, staną się żaglami. ALBATROSS ruszy po wodzie, korzystając głównie z energii wiatru.

Robot powstał w Singapore University of Technology and Design. Naukowcy związani z uczelnią opisali jego konstrukcję w badaniu opublikowanym w Science Robotics. Pomysł zaczyna się tak naprawdę od problemu pozornie banalnego. Zastanawiano się, jak szybko dostarczyć urządzenie pomiarowe w miejsce znajdujące się daleko od brzegu, a później pozostawić je tam na dłużej.

Łódź może działać na wodzie przez bardzo długi czas, ale najpierw musi tam dopłynąć. Dron lub samolot dostanie się na miejsce szybko, lecz nie jest najlepszą platformą do wielodniowego krążenia po powierzchni akwenu. Można więc połączyć oba rozwiązania. Tyle że takie hybrydy szybko zaczynają puchnąć od mechaniki. Oddzielne skrzydła do lotu, spadochron, mechanizm wodowania, śruby, silniki i układ pozwalający poruszać się na powierzchni oznaczają kolejne kilogramy, części, akumulatory i miejsca, w których coś może się zepsuć.

Twórcy ALBATROSS-a poszli tak naprawdę dokładnie w przeciwną stronę. Zamiast dodawać następny mechanizm, kazali tym samym elementom wykonywać kilka zadań. Robot ma sztywne skrzydło-żagle. Kiedy znajduje się w powietrzu, konstrukcja zaczyna obracać się podczas spadania. Po wylądowaniu te same powierzchnie wykorzystują wiatr i napędzają robota po wodzie.

Inspiracja pierwszą częścią manewru leżała właściwie na ziemi. Nasiona klonu mają charakterystyczne skrzydełko. Gdy odrywają się od drzewa, nie lecą pionowo w dół. Zaczynają się obracać, a wirujące skrzydło generuje siłę aerodynamiczną spowalniającą opadanie. Dzięki temu nasiono może pozostać w powietrzu dłużej i zostać przeniesione przez wiatr dalej od drzewa.

ALBATROSS robi coś podobnego. Nie próbuje aktywnie latać podczas zrzutu, lecz wykorzystuje pasywną autorotację. Nie potrzeba do tego dodatkowego silnika ani energii z akumulatora. W testach terenowych naukowcy wynieśli urządzenie na wysokość 150 m, a następnie je wypuścili. Robot wszedł w stabilną autorotację, wyhamował, uderzył w powierzchnię wody i sam się wyprostował. Według obliczeń zespołu podobna konstrukcja spadająca bez autorotacji uderzyłaby w wodę z około 18,5 razy większą energią.

To robi naprawdę ogromną różnicę. Woda przy dużej prędkości przestaje być miękkim miejscem do lądowania, ponieważ mocne uderzenie może uszkodzić obudowę, elektronikę albo czujniki. Zamiast budować ciężką amortyzację, naukowcy pozwolili więc robotowi spadać wolniej. To zresztą kolejny przykład coraz popularniejszego podejścia do robotyki: zamiast wymyślać każdy mechanizm od zera, można podpatrzeć rozwiązanie, które natura testowała przez miliony lat. Niedawno opisywaliśmy na Spider’s Web robota, którego chwytak powstał na wzór trąby słonia. Tutaj wzorem zostało coś jeszcze prostszego, czyli nasiono.

Wodowanie nie kończy jednak całej sztuczki. Rozkład masy ALBATROSS-a zaprojektowano tak, aby po wpadnięciu do wody robot sam przyjmował właściwą orientację. Nie potrzebuje osobnego mechanizmu obracającego go po nieudanym lądowaniu. Potem skrzydła zmieniają funkcję. Przestają być powierzchniami odpowiedzialnymi za autorotację i zaczynają pracować jak sztywne żagle.

Wiatr zapewnia napęd, a za zmianę kierunku odpowiada układ sterowania oraz inspirowany rybim ogonem ster. Robot może autonomicznie kierować się między wcześniej wyznaczonymi punktami.

Cała konstrukcja ma zaledwie trzy elementy wykonawcze i trzy czujniki nawigacyjne. To znacznie prostszy zestaw niż w wielu maszynach zaprojektowanych od początku do przemieszczania się w więcej niż jednym środowisku.

Polscy badacze również sięgają po rozwiązania inspirowane zachowaniem zwierząt przy budowie robotów morskich. W projekcie SABUVIS II podwodne pojazdy mają współpracować podobnie do ławicy ryb. ALBATROSS bierze od natury coś innego: nie sposób współpracy, ale kilka niezwykle oszczędnych sposobów przemieszczania się.

Po wylądowaniu robot nie zamienia się oczywiście w motorówkę. Podczas prób na zbiornikach wodnych w Singapurze większy prototyp osiągał maksymalnie niespełna 1 km/h. W jednym z testów autonomicznie żeglował przez około trzy godziny, przemieszczając się pomiędzy zadanymi punktami i zbierając przy okazji dane środowiskowe, m.in. o wilgotności, temperaturze i kierunku wiatru. Prędkość nie jest jednak głównym celem tej konstrukcji.

Największą zaletą żagla jest właśnie to, że nie trzeba stale wydawać energii z akumulatora na wprawianie pojazdu w ruch. Bateria może zasilać przede wszystkim komputer, sterowanie, łączność i aparaturę pomiarową, podczas gdy znaczną część pracy wykonuje wiatr.

Docelowo mogłoby to pozwolić takim urządzeniom działać na wodzie przez tygodnie. Naukowcy myślą m.in. o monitoringu środowiska, badaniach klimatu, akcjach poszukiwawczych czy zastosowaniach związanych z bezpieczeństwem morskim.

Robot można byłoby szybko dostarczyć dronem lub samolotem nad odległy fragment akwenu i po prostu go zrzucić. Po wodowaniu urządzenie zaczęłoby właściwą misję. Przestrzeń w kilu i balaście można w przyszłości wykorzystać na dodatkowe wyposażenie. Autorzy wymieniają chociażby czujniki podwodne i sonar.

Na razie trzeba jednak oddzielić demonstrację od gotowego sprzętu. ALBATROSS na ten moment pozostaje prototypem. Próby przeprowadzono na osłoniętych zbiornikach, a nie na wzburzonym oceanie. Fale, silniejsze prądy, gwałtowne zmiany wiatru, słona woda i wielotygodniowa ekspozycja na warunki atmosferyczne są znacznie trudniejszym testem. Kolejne wersje mają więc stać się mocniejsze i odporniejsze. Dopiero później przyjdzie czas na otwarte morze.

Przeczytaj także:

Nie ma co jednak ukrywać, że sam pomysł już teraz jest wyjątkowo ciekawy. Robot nie walczy z grawitacją podczas spadania i nie próbuje później pokonać wiatru za pomocą mocnego silnika. Najpierw pozwala powietrzu wprawić się w obrót, a chwilę później wykorzystuje ten sam wiatr do żeglowania.

*Źródło zdjęcia wprowadzającego: SUTD