21.03.2012

Робомедуза с искусственными мышцами «питается» водородом

Исследователи из Политехнического университета Виргинии (США) разработали подводный дрон, выглядящий и плавающий, как медуза. При этом он использует инновационную систему движения, в которой нет места электричеству: искусственные мышцы на основе сплавов с «памятью формы» сокращаются под действием тепла.

Искусственные мышцы находят всё большее применение в экспериментальной робототехнике.

«Мышцы» робомедузы представляют собой многослойные углеродные нанотрубки (диаметром 1,6 мм), покрытые наночастицами платины и завёрнутые в никель-титановую оболочку. Когда топливо — смесь кислорода и водорода — поступает в трубки, происходящая в них экзотермическая реакция активирует никель-титановые поверхности мышц, и они сокращаются. В результате реакции образуется лишь вода, что делает дрон ещё и «зелёным». Углеродные трубки не только играют роль каркаса для наночастиц платины, но и благодаря отличной теплопроводности обеспечивают передачу энергии к поверхностному сплаву «мышцы» почти без потерь. Ну а в будущем разработчики намерены оснастить робота солнечной батареей, вырабатывающей электричество для получения водорода прямо из морской воды. (Впрочем, небольшой размер такой батареи — а робомедуза невелика, — как и потери света в воде, делает такого рода подпитку весьма труднореализуемой.)

После теоретического рассмотрения возможных форм такого робота исследователи сочли оптимальной форму медузы с её сокращающимся и расширяющимся «колоколом» в верхней части. Нового робота так и нарекли — Robojelly. Показатели сокращения/сжатия для нового типа искусственных мышц составили 13,5%, в то время как у настоящих медуз он равен 42%. Время сокращения мышц робота — 450 мс.

Почему медуза оказалась объектом копирования? Всё просто: это беспозвоночное имеет простейшую из эффективных моделей плавания: она либо «гребёт» краями купола, либо использует реактивное движение, сокращая купол целиком и отбрасывая воду назад. Большой купол позволяет создать приличную тягу даже при относительно малом умении робота сокращать мышцы (пока втрое худшем, чем у настоящей медузы). Водород же как топливо был избран за высокую удельную энергоёмкость: на единицу массы он несёт вдвое больше энергии чем, например, бензин.

В качестве возможной сферы применения подводного дрона авторы называют подводные поисково-спасательные и исследовательские операции. Однако финансирование разработки, ведущейся по программе MURIОтдела исследований ВМС США, показывает, что у робота, копирующего распространённую медузу и не производящего при движении шума (ни моторов, ни винтов, выхлоп — вода), могут быть и иные, не столь мирные приложения.

Напомним: БПЛА, маскируемые под пернатых, уже показали, что отличить воздушного разведчика от настоящей птицы невозможно. Тем меньше вероятность того, что ПЛ противника отличит робомедузу от настоящей: видимость под водой значительно хуже, а шансы на то, что дрон попадёт в руки противника (даже в случае аварии), близки к нулю. Когда в прошлом году дрон-птица ЦРУ потерпела аварию в Пакистане, её тут же нашли местные жители, а вот искусственная медуза при выходе из строя в прямом смысле заляжет на дно, где её будет почти невозможно обнаружить.

Подготовлено по материалам Institute of Physics.

Александр Березин

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА