Ένα ρομπότ εμπνευσμένο από τα σκουπίδια της ερήμου μπορεί να είναι το πρώτο μιας νέας γενιάς ενεργειακά αποδοτικών εξερευνητών που κυλά σε μελλοντικές ζώνες καταστροφών. Ενώ ο Hybrid Energy-efficient Rover Mechanism for Exploration Systems (HERMES) που περιγράφεται στο περιοδικό Επικοινωνίες για τη φύση θυμάται τους περιπατητές της ερήμου, ο δημιουργός του αρχικά οραματίστηκε την ιδέα ενώ έβλεπε τους ανθρώπους να απολαμβάνουν τον άνεμο απλά για τη συγκίνηση του.
«Η έμπνευση χτύπησε ένα χειμωνιάτικο μεσημέρι με αέρα στις όχθες της λίμνης Neuchâtel [in western Switzerland]», είπε ο Σαντζάι Μανοχάρανσυν-συγγραφέας της μελέτης και ερευνητής στην École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). «Έβλεπα kite surfers να εκμεταλλεύονται τον άνεμο για να χαράξουν τόξα που σαρώνουν και να πετυχαίνουν αβίαστα ανυψωτικά… Ωστόσο, συνειδητοποίησα ότι η φύση είχε ήδη τελειοποιήσει αυτήν την τέχνη πολύ πριν από εμάς». Πώς λειτουργούν τα tumbleweeds;
Το tumbleweed είναι τόσο εικονικό όσο και αποτελεσματικό. Παρά το γεγονός ότι εμφανίζονται σαν μια φαινομενικά τυχαία μάζα κλαδιών, οι φλοιοί των νομαδικών φυτών αξιοποιούν τον ατμοσφαιρικό αέρα για να διανύσουν μεγάλες αποστάσεις. Ωστόσο, αυτά τα βασικά προϊόντα της ερήμου δεν είναι άσκοπα φυτικά υποπροϊόντα. Τα Tumbleweeds συχνά διασκορπίζουν τους σπόρους καθώς προσπερνούν στα ταξίδια τους. Στην πραγματικότητα, είναι τόσο καλοί σε αυτό που κάνουν που οι οικολόγοι προσπαθούν να τους χαλιναγωγήσουν λόγω της τάσης τους να μετατραπούν σε κίνδυνο πυρκαγιάς.
Ενδιαφερόμενοι από αυτή την αεροδυναμική, ο Manoharan και η ερευνητική του ομάδα ερεύνησαν πώς οι σχηματισμοί των κλαδιών ήταν τόσο ευέλικτοι, παρά το γεγονός ότι παρήγαγαν περισσότερη αντίσταση από μια συμπαγή σφαίρα. Από εκεί, διεξήγαγαν πειράματα αεροδυναμικής σήραγγας βασισμένα στην υπολογιστική ρευστοδυναμική για να αναλύσουν αυτές τις δυναμικές.
Ρομπότ εμπνευσμένο από HERMES
Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν μια απροσδόκητη, προηγουμένως μη τεκμηριωμένη δομική πτυχή των tumbleweeds. Με απλά λόγια, τα υπολείμματα φυτών είναι πιο πορώδη στην «κορυφή» παρά στο «κάτω» τους. Αυτή η ασυμμετρία αλλάζει τη δυναμική αφύπνισης, ενώ επίσης ενισχύει την οπισθέλκουσα πίεση σε ένα tumbleweed. Μόλις ανατραπεί, το πιο πυκνό τμήμα του ζιβάγκου κατευθύνει τον αέρα στο εξωτερικό του. Αυτό λειτουργεί παρόμοια με τον τρόπο με τον οποίο κυλά μια συμπαγής σφαίρα, αλλά το πορώδες στο σκουπίδι εξακολουθεί να παράγει δύο αφυπνίσεις.
“Στην όρθια θέση, το πάνω μισό, όντας πιο πορώδες, επέτρεπε τη ροή του αέρα να περνάει ελεύθερα. Αντίθετα, το κάτω μισό ήταν πιο πυκνό και έτσι πρόσφερε μεγαλύτερη αντίσταση”, εξήγησαν οι συγγραφείς της μελέτης.
ΕΡΜΗΣ σε ρολό
Οι μηχανικοί ενσωμάτωσαν αυτά τα ευρήματα σε ένα ρομποτικό σχέδιο που τυπώθηκε χρησιμοποιώντας τρισδιάστατο καλούπι λέιζερ. Το τελικό προϊόν περιλαμβάνει ένα ελαφρύ κέλυφος που διαθέτει ασύμμετρο πορώδες. Στο τέλος, η τελική επανάληψη της δημιουργίας τους που ονομάστηκε HERMES ήταν πολύ πιο αποτελεσματική από ό,τι είτε τα φυσικά tumbleweeds είτε από τις τεχνητές σφαίρες. Ακόμη και με μεγαλύτερη δύναμη οπισθέλκουσας, ο HERMES κύλησε εύκολα μαζί με μόνο ένα αεράκι 3,28 μιλίων την ώρα.
Σε δοκιμές πεδίου, το ρομπότ πλοηγήθηκε με επιτυχία σε απότομες κλίσεις και χαρτογράφησε δίκτυα GPS. Ο ΕΡΜΗΣ κινήθηκε γύρω από αυτό το έδαφος, ενώ ταυτόχρονα μετέδωσε δεδομένα γεωγραφικών ετικετών σε μεγάλη απόσταση.
Ωστόσο, ο άνεμος δεν είναι εγγυημένη πηγή καυσίμου. Υπάρχουν πολλές φορές που το αεράκι εξαφανίζεται για να αφήσει ακινητοποιημένα τα αγριόχορτα —και τους ρομποτικούς μιμητές τους. Για να αντιμετωπίσει αυτό το αναπόφευκτο, η ομάδα του Manoharan εγκατέστησε ένα ελαφρύ τετρακόπτερο μέσα στη σφαίρα σχεδιασμένο να λειτουργεί με τέσσερις τρόπους: αναπροσανατολισμό, περιστροφή κατεύθυνσης, ολίσθηση, ακόμη και κεραία αναπήδησης.
Το τελικό αποτέλεσμα είναι ένα ρομπότ που κατασκευάζεται από ένα από τα πιο κομψά σχέδια της φύσης. Κατά τη διάρκεια των δοκιμών του λαβυρίνθου, ο ΕΡΜΗΣ όχι μόνο χρησιμοποίησε 48 τοις εκατό λιγότερη ενέργεια από ένα ρομπότ που απαιτούσε συνεχή έλεγχο, αλλά τελείωσε τον λαβύρινθο 37 πιο γρήγορα από το αντίστοιχο. Ακόμη και όταν απαιτούσε γρήγορες, μηχανοκίνητες διορθώσεις πορείας, το ρομπότ εξοικονομούσε 90 έως 95 τοις εκατό της ενέργειας που χρησιμοποιήθηκε στο μηχάνημα ελέγχου που τροφοδοτείται συνεχώς.
“Εάν ο άνεμος φυσάει και το ρομπότ κυλά, παραμένει τελείως παθητικό, ξοδεύοντας μηδενική ενέργεια. Εάν η κίνηση σταματήσει για μια καθορισμένη περίοδο, επιχειρεί μια ώθηση χαμηλής ενέργειας – έναν γρήγορο παλμό κινητήρα για επανατοποθέτηση. Η πτήση είναι πάντα η τελευταία λύση”, είπε ο Manoharan.
Με πρόσθετες προόδους και λεπτούς συντονισμούς, ρομπότ όπως ο ΕΡΜΗΣ θα μπορούσαν μια μέρα να αναπτυχθούν σε επικίνδυνες ζώνες καταστροφών, ναρκοπέδια προθεσμιών, ακόμη και σε γειτονικούς πλανήτες με ανέμους όπως ο Άρης.
«Η φιλοσοφία καθοδήγησης είναι όμορφα απλή και ενημερωμένη για ενέργεια», εξήγησε ο Manoharan.
2025 PopSci Outdoor Gift Guide
VIA: popsci.com
