• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • För mindre än $200, ingenjörsstudenter byggde en realistisk robotfisk

    Möt SCI-FI BOT, robotfisken skapad av två team av AME-studenter för att efterlikna utseendet och utseendet på en Sarasa Comet Goldfish. Kredit:Yulin Yu

    Maskinteknikstudenter utmanade sig själva att göra en robotfisk som inte bara simmar som en riktig fisk, men ser delen ut också, demonstrerar möjligheterna med mjuk robotik.

    När människor först tänkte på robotar, de var klumpiga, gjorda av plåtar av aluminium och stål som hindrade dem från att röra sig flytande. Även på avstånd, det fanns ingen chans att missta en robot för en människa – eller någon annan typ av levande varelse.

    Använda datorstödd design (CAD) modellering, ett team av studentingenjörer, arbetar med Dr. Satyandra K. Gupta, Smith International Professor i Mechanical Engineering och biträdande ordförande vid Institutionen för Aerospace and Mechanical Engineering, strävade efter att avancera tillämpningar av robotik genom att skapa en mjuk robotfisk som, på avstånd, skulle misstas för en riktig.

    Fisken, heter SCI-FI BOT (Sarasa Comet Inspired Fish Robot), var modellerad efter Sarasa Comet Goldfish. "Det är en supervanlig fisk, speciellt i Amerika. Det kommer att göra det lättare att studera fisken och dess rörelser, och göra det så realistiskt som möjligt, sa Mishaal Parekh, en andraårsstudent i USC Viterbi.

    Den verkligheten uppnåddes steg för steg för mindre än $200, genom det hårda arbetet av två grupper av forskar- och grundutbildningsstudenter inom maskinteknik. Lanserades sommaren 2018 med ett första team av två studenter - Aniruddha Shembekar och Rohil Aggarwal - som gav fisken dess rudimentära element, fisken fick sin intuitiva, realistisk rörelse och titta igenom arbetet i ett andra team, under den senaste terminen. Det andra laget inkluderade Manish Shastrakar, Yilun Yu, ChienTzai Chen, Mishaal Parekh, och Jonathan Wilson.

    "Många har försökt skapa robotfiskar tidigare, men om du tittar på kapaciteten hos en verklig fisk, robotversioner är inte särskilt kapabla alls. Huvudmålet med detta projekt var att integrera element som en kamera, samtidigt som man säkerställer att fisken hade en flexibel, realistisk yttre kropp och efterliknade själva rörelsen av en Sarasa Comet Goldfish, " sa Manish Shastrakar, en andraårs masterstudent och teamledare.

    Utseende

    SCI-FI BOT fick inte sitt snygga utseende lätt. Processen började med forskning om material som skulle efterlikna kapaciteten hos äkta fiskskinn. Teamet kontaktade 3D-skrivare, dock, kunde inte hitta en lösning som var kostnadseffektiv för att skriva ut skal som kunde integrera färg och textur sömlöst. Övergår till plan B, teamet använde formar som de fyllde med silikon – som är flexibelt och töjbart – för att skapa fiskens yttre kropp. De förbättrade senare detta "skinn" med färg för att replikera färgen och skalorna som förväntas i en Sarasa Comet Goldfish.

    Rörelse

    Hur får man en robot att röra sig som en riktig fisk? Du studerar den verkliga versionen från alla vinklar, i olika miljöer, vilket är precis vad det här laget gjorde. Medan fisk använder flera olika typer av förflyttning, elevteamet valde att fokusera på underkarangiformen. Detta betyder, när svansen rör sig, du kommer att se rörelse hela vägen fram till fiskens huvud. Vanligtvis, detta indikerar att fiskens kropp är stelare, ge fisken hastighet medan kontroll över manövrar, som svängar, reduceras. Ur ett designperspektiv, detta perfekt anpassat till de styvare delarna av kroppen, som 3D-printades. Det innebar också att ett färre antal servomotorer – motorer kopplade med sensorer för att möjliggöra exakt kontroll av positioneringen – krävdes för att efterlikna denna typ av rörelse i modellen.

    För att fullända SCI-FI BOT:s rörelse, laget mätte vinkeln på sina kroppsdelar mot sin egen längdaxel när fisken var i rörelse. Servomotorer placerades vid var och en av dessa rotationspunkter.

    Söker utmaningar

    Med en önskan om att få praktisk erfarenhet inom robotik, ett område som erbjuder kontinuerlig tillväxt och spännande professionella möjligheter, studenter sökte upp Gupta, Direktör för Center for Advanced Manufacturing (CAM) (där eleverna byggde fisken), för ett projekt som skulle engagera och utmana dem.

    "Att göra en fisk är inte en lätt uppgift, eftersom du måste vara specifik om rörelsen och formen och hantera utrymmesbegränsningar, sa Yulin Yu, en andraårs masterstudent. "En robotfisk, särskilt, ger möjlighet att övervinna utmaningar som sträcker sig från mjukvarudesign till elektriska kretsar till mekanisk design till estetik. Allt detta plus att fisken måste arbeta under vatten."

    SCI-FI BOT-teamet mötte många av dessa utmaningar, förlänga batteritiden från tidigare iterationer med dubbelt (nu en timme) och se till att laddning kan ske trådlöst. Nästa steg:arbeta med djupkontroll och ge fisken autonomi – förmågan att ta sig från punkt A till B på egen hand.

    Sålänge, eleverna lärde sig också värdefulla lektioner om att arbeta i skyttegravarna. "Vad jag lärde mig var att vara duktig. Från att kontakta leverantörer för fiskskinn till att skapa CAD-modellen till att redigera videon av vårt arbete, sa Parekh.

    Undervattensinsikter

    Mjuka robotar är ett växande område, as they are viewed to be safer and easier to maneuver than hard robots. På samma gång, soft robots have a closer likeness to human and animal bodies, allowing them to more easily blend in.

    A robotic fish, särskilt, could be used to study marine life. Biologists, who have in the past been limited by tools that disturb marine life with their presence, will be better able to see, up close, how fish behave and communicate with each other using robots like SCI-FI BOT.

    "It's unobtrusive, so it's easier to get a natural look at what is going on in the ocean, " said Parekh.

    Bortom det, what we learn could help us in improving how we ourselves navigate bodies of water.

    "From a research perspective, the more closely you can replicate the fish, the better we can learn about how fish swim—gaining understanding of their efficiencies. How do they conserve energy or deal with the current? We can use this to help us design underwater vehicles, " said Gupta.

    Tills vidare, SCI-FI BOT continues practicing laps at the surface.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com