Bio-geïnspireerde robot kan vliegen en duiken
October 11, 2019
Een drone als vliegende vis
Een bio-geïnspireerde robot gebruikt water uit de omgeving om een drijfgas te maken en te starten vanaf het wateroppervlak. De robot is ontwikkeld door onderzoekers van het Imperial College in Londen. Hij kan na lancering ongeveer 26 meter vliegen en zou gebruikt kunnen worden om watermonsters te nemen in gevaarlijke en verwarrende omgevingen zoals overstromingen of het monitoren van zeevervuiling, aldus het team van Mirko Kovac in het tijdschrift Science Robotics.
Robots die van water naar lucht kunnen bewegen zijn in bepaalde situaties wenselijk. Voor de lancering is echter veel energie nodig, wat tot nu toe moeilijk te bereiken was met kleine robots. Nu hebben onderzoekers een systeem bedacht waarvoor slechts 0,2 gram calciumcarbidepoeder in een verbrandingskamer nodig is. Het enige bewegende onderdeel is een kleine pomp die water aanzuigt uit de omgeving waarin de robot zich bevindt, zoals een meer of oceaan.
Het water wordt vervolgens in contact gebracht met het calciumcarbidepoeder in een reactiekamer en produceert brandbaar acetyleengas. Als het gas ontbrandt en uitzet, duwt het het water naar buiten als een voortstuwingsstraal die de robot uit het water "schiet" en voortstuwt in een glijvlucht van maximaal 26 meter.
"De overgang van water naar lucht is een energie-intensief proces dat moeilijk te realiseren is met een klein vliegend object dat gemakkelijk moet kunnen vliegen," legt Mirko Kovac uit, directeur van het "Aerial Robotics Laboratory" aan het Imperial College in Londen en van het gezamenlijke "Materials and Technology Center of Robotics" bij Empa. "We gebruikten waterreactieve chemicaliën om de hoeveelheid materialen die de robot mee moest nemen te verminderen. Omdat de kamer zich passief vult en het omgevingswater als een zuiger werkt, kunnen we een volledige verbrandingscyclus creëren met slechts één bewegend onderdeel, de pomp die het water met de brandstof mengt. "
Het team testte de robot in het laboratorium, in een meer en in een golftank en kon laten zien dat hij zelfs onder vrij zware omstandigheden van het wateroppervlak kan tillen. Terwijl soortgelijke robots vaak rustige omstandigheden nodig hebben om van het water op te stijgen, creëert de herontwikkeling van het team een kracht die gelijk is aan 25 keer zijn gewicht. Daarom neemt de kans toe dat de robot de golven kan overwinnen en daadwerkelijk kan opstijgen.
De slechts 160 gram lichte robot kan meerdere keren "hoppen" nadat hij zijn watertank heeft bijgevuld. Hierdoor zou hij zonder extra stroom op het water kunnen drijven en op verschillende plaatsen monsters kunnen nemen, wat veel energie bespaart over langere afstanden vergeleken met een elektrisch aangedreven robot.
Het team werkt aan de bouw van nieuwe robots van geavanceerde materialen en het uitvoeren van veldproeven met robots in verschillende omgevingen, waaronder het monitoren van koraalrif en offshore platforms.
"Dit soort robots met een laag stroomverbruik en zonder netwerk kan echt nuttig zijn in omgevingen die gewoonlijk veel tijd en middelen kosten, zelfs na rampen zoals overstromingen of nucleaire ongelukken," voegt Raphael Zufferey, hoofdauteur van het onderzoek, toe.