Dalla Turchia un pesce robotico intelligente stampato in 3D

Il pesce robotico intelligente stampato in 3D aiuta l’esplorazione subacquea

dotato di meccanismo di coda flessibile, può nuotare tra le sue controparti viventi in modo silenzioso con un consumo inferiore e una maggiore manovrabilità in acqua, dove un elica AUV convenzionale non può raggiungere. Questi tipi di robot sono preferiti per scopi di esplorazione subacquea, osservazione e ricerca, specialmente dove è richiesta la manovrabilità. Un gruppo di ricercatori di ingegneria dell’Università di Firat in Turchia utilizza la progettazione biomimetica e la stampa 3D per costruire un pesce robotico intelligente per le esplorazioni del mondo reale e le missioni di rilevamento.

Il team ha pubblicato il proprio lavoro in un documento intitolato “Mechatronic Design and Manufacturing of the Intelligent Robotic Fish for Bio-Inspired Swimming Modes”, creato da Mustafa Ay, Deniz Korkmaz, Gonca Ozmen Koca, Cafer Bal, Zuhtu Hakan Akpolat e Mustafa Can Bingol.

Questo documento presenta la progettazione meccatronica e la produzione di un prototipo di pesce robotico biomimetico di tipo carangiforme (i-RoF) con meccanismo di coda propulsivo a doppio collegamento. Per la procedura di progettazione, viene adattato un approccio biomimetico multi-link, che utilizza le caratteristiche fisiche di un vero pesce carpa come le sue dimensioni e la sua struttura. La velocità corporea appropriata viene determinata in base alle modalità di nuoto e alle oscillazioni della coda della carpa. … le caratteristiche del pesce robotico vengono eseguite con movimenti di nuoto in avanti, girando, su e giù nel pool sperimentale. La massima velocità di avanzamento del pesce robotico può raggiungere 0,8516 BLs-1 e si ottiene un’eccellente prestazione di nuoto tridimensionale.
Fattori importanti nella progettazione di pesci robotici biomimetici stampati in 3D sono principalmente le modalità di nuoto e la struttura corporea del pesce. In ittiologia, oltre l’85% dei pesci nuota piegando i loro corpi e / o pinne caudali (BCF) e circa il 15% dei pesci nuota con pinne mediane e / o pettorali (MPF). Queste proprietà biologiche indicano che il modello di robot Carangiform di tipo BCF è un approccio appropriato per la progettazione di AUV.

“Ci sono due approcci di base nella progettazione di pesci robotici”, hanno scritto i ricercatori. “Il primo è il design biomimetico che ha determinati requisiti come una coda con le dimensioni e il numero delle articolazioni per fornire l’onda di viaggio del corpo e la capacità di stare a una certa profondità con il controllo del centro di gravità. solo gli effetti del movimento del pesce, ma non è fisicamente ispirato al vero pesce. ”

Il loro pesce robotico imita le modalità di nuoto Carangiform di tipo BCF con un meccanismo di coda propulsivo azionato da servomotori. Il prototipo di pesce robotico è costituito da cinque componenti di base tra cui il corpo principale rigido anteriore, il meccanismo di coda a due bracci, l’unità di controllo che esegue il modello del generatore di modelli centrale (CPG), l’unità mirino anteriore e una pinna caudale flessibile. Il corpo anteriore rigido a forma di siluro è progettato per alloggiare l’elettronica, i sensori e il meccanismo di controllo del centro di gravità (CoG). Il meccanismo di controllo CoG fornisce con successo le abilità di movimento verso il basso. Il controller di locomozione basato su CPG è adattato per generare modelli di nuoto oscillatorio robusti, fluidi e ritmici. I collegamenti di coda azionati da servo motori ad alta potenza e una pinna caudale flessibile fissata al peduncolo sono progettati per generare un’onda mobile del prototipo. Questi collegamenti collegati tra loro sotto forma di una struttura a catena in serie producono la forza di spinta necessaria per i movimenti di nuoto. Poiché il pesce robotico dovrebbe essere in grado di percepire ostacoli statici e / o dinamici nell’ambiente mentre si muovono attraverso l’acqua, il team ha posizionato tre sensori di distanza a infrarossi Sharp nella parte sinistra, destra e davanti del pesce robotico.

Configurazione meccanica dettagliata del secondo collegamento di coda: modelli non montati e montati.

I modelli 3D del pesce robotico sono stati progettati in SolidWorks. I file STL sono stati quindi convertiti in formato voxel in Voxelizer, in cui sono configurate le impostazioni del livello, della stampa e del punto di supporto. Ogni parte del prototipo è stampata in 3D con filamento PLA e la pinna caudale flessibile viene prodotta utilizzando silicone per stampi. Anche lo stampo esterno della pinna caudale è progettato e prodotto con tecnologia di stampa 3D. Tutte le parti sono coperte con resina epossidica per evitare possibili perdite dai micro pori formati nel processo di produzione. Dopo la fase di assemblaggio, la superficie esterna viene coperta con vernice sintetica per prevenire perdite che possono essere causate da crepe capillari durante il montaggio.

Il prototipo di pesce robotico è lungo circa 500 mm, largo 76 mm e alto 215 mm. La massa del prototipo è anche di circa 3,1 kg.

“Il prototipo di pesce robotico per le abilità di movimento tridimensionale viene analizzato nel sistema sperimentale reale: in queste analisi sono stati eseguiti oltre 72 diversi studi sperimentali per ottenere le caratteristiche del prototipo”, hanno spiegato i ricercatori. “Al fine di testare le prestazioni di tenuta delle parti montate, esse corrono per 6 ore in un pool di prova riempito d’acqua, osservando il successo dei test di tenuta.”

Nel lavoro futuro, le prestazioni di controllo ad anello chiuso del prototipo saranno esaminate con diverse strutture di controllo e le prestazioni di nuoto del robot saranno testate in diversi corsi d’acqua.

Questo disegno di pesce robotico offre soluzioni versatili per diverse applicazioni marine, come l’esame delle risorse sottomarine, la determinazione dell’inquinamento, l’osservazione delle forme di vita, il rilevamento delle aree sommerse, il rilevamento dei guasti in elettricità o oleodotti, la sicurezza costiera e le missioni militari.

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