เว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง ‘ทูน่าที่ปรับได้’ ทำให้หุ่นยนต์ว่ายน้ำได้ดีขึ้น

เว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง นักวิทยาศาสตร์ในสหรัฐอเมริกาได้ค้นพบว่าการให้หางแบบปรับได้ของหุ่นยนต์เหมือนปลาทำให้พวกเขาเป็นนักว่ายน้ำที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น นอกเหนือจากการให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการว่ายของปลาจริง ๆ แล้ว นักวิจัยกล่าวว่าการค้นพบของพวกเขาสามารถทำให้เกิดการพัฒนาหุ่นยนต์ว่ายน้ำที่สามารถทำภารกิจที่ซับซ้อนได้มากกว่าที่เป็นไปได้ด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบัน

ปลาจริงว่ายอย่างมีประสิทธิภาพด้วยความเร็วที่หลากหลาย 

นักชีววิทยาสงสัยมานานแล้วว่าส่วนหนึ่งเป็นเพราะพวกมันปรับความแข็งของหางอย่างแข็งขันเพื่อรองรับสภาวะต่างๆ อย่างไรก็ตาม แม้ว่าหลักฐานต่างๆ บ่งชี้ถึงการแข็งตัวของหางที่ขึ้นกับความเร็วดังกล่าว แต่ก็ยากที่จะวัดได้โดยตรงQiang Zhongวิศวกรจากมหาวิทยาลัยเวอร์จิเนียกล่าว

“ปลาใช้กล้ามเนื้อเพื่อกระพือร่างกาย และใช้กล้ามเนื้อนั้นควบคุมความฝืดด้วย” จงอธิบาย “โดยพื้นฐานแล้ว พวกมันใช้อวัยวะเดียวเพื่อควบคุมความฝืดและกระพือร่างกาย ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากมากที่จะบอกได้ว่ากล้ามเนื้อมีบทบาทอย่างไรต่อความฝืดของร่างกาย เพราะเราไม่สามารถแยกแยะสิ่งนั้นได้จริงๆ”

หุ่นยนต์ที่มีสปริงอยู่ที่หาง

เพื่อทดสอบทฤษฎีการทำให้หางแข็งขึ้น Zhong และเพื่อนร่วมงานของเขาตัดสินใจสร้างหุ่นยนต์ว่ายน้ำที่ควบคุมความฝืดของหางโดยอิสระ หุ่นยนต์ที่มีลักษณะคล้ายปลาทูน่าซึ่งพวกเขาอธิบายไว้ในScience Roboticsมีหัวที่ตายตัวและหางที่เคลื่อนที่จากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งเพื่อให้แรงขับ ที่ปลายหางมีข้อต่อติดอยู่กับครีบแบบพาสซีฟ ความแข็งของข้อต่อนี้สามารถปรับได้โดยการดึงสปริงแบบเอ็นตึง การดึงสปริงแรงขึ้นจะเพิ่มความแข็งของแรงบิด

เมื่อนักวิจัยลองเล่นกับความฝืดของข้อต่อหางของหุ่นยนต์

และรวมสิ่งที่ค้นพบกับแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ พวกเขาพบว่าทั้งความเร็วและประสิทธิภาพในการว่ายน้ำนั้นสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดกับความฝืดของหาง เมื่อความถี่ของการตีท้ายทอยต่ำ ความเร็วในการว่ายจะเพิ่มขึ้นตามความถี่ อย่างไรก็ตาม ที่ความถี่ที่สูงกว่าที่กำหนด ระยะทางที่เคลื่อนที่ด้วยจังหวะการตีกลับแต่ละครั้ง (และด้วยเหตุนี้ประสิทธิภาพของหุ่นยนต์) จะเริ่มลดลงหากความฝืดของหางคงที่

มุมมองภายในของหุ่นยนต์ที่มีลักษณะคล้ายปลาทูน่าที่มีการซ้อนทับซึ่งแสดงตำแหน่งของสปริงปรับความตึงภายในของมัน สปริงภายในภาพถ่ายของหุ่นยนต์ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากปลาทูน่าในช่องน้ำเพื่อรักษาความสัมพันธ์ระหว่างความถี่และความเร็ว (และทำให้ประสิทธิภาพของหุ่นยนต์อยู่ในระดับสูง) นักวิจัยพบว่าหางต้องแข็งทื่อ อันที่จริง ความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วและความฝืดของหางที่เหมาะสมนั้นพิสูจน์แล้วว่าง่ายอย่างน่าทึ่ง: เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุด ความฝืดของหางจำเป็นต้องปรับขยายด้วยความเร็วในการว่าย หรือความถี่การตีหางยกกำลังสอง “ถ้าคุณต้องการกระพือหางของคุณเร็วขึ้นสองเท่า – สองเท่าของความถี่ – คุณควรดึงเอ็นนั้นด้วยความแข็งแกร่งสี่เท่า” Dan Quinn หัวหน้าทีม กล่าว

ภารกิจตัวแปร

ในขณะที่หุ่นยนต์ที่มีหางแข็งจะว่ายน้ำเร็วได้ดี Zhong ตั้งข้อสังเกตว่าเมื่อความถี่เสียงก้องของพวกมันลดลง ประสิทธิภาพของพวกมันก็เช่นกัน “ประโยชน์ของการใช้ความตึงของหางแบบปรับได้คือการช่วยให้หุ่นยนต์ทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพอยู่เสมอ ให้มากที่สุด” เขากล่าว นี่เป็นสิ่งสำคัญเพราะแม้ว่าปลาจริงจะเก่งในภารกิจหลายความเร็ว (เช่นว่ายน้ำอย่างรวดเร็วไปยังแนวปะการังแล้วช้าลงในการกินอาหาร) หุ่นยนต์ว่ายน้ำโดยทั่วไปจะ “แย่มาก” สำหรับพวกมัน Quinn กล่าวเสริม

เพื่อทดสอบประสิทธิภาพของหางที่ปรับแต่งได้

สำหรับภารกิจประเภทนี้ นักวิจัยได้นำหุ่นยนต์ของพวกเขาไปไว้ในแทงค์ด้วยความเร็วการไหลที่แปรผันตั้งแต่ 0.1 ถึง 0.65 เมตรต่อวินาที ในช่วงเวลา 15 นาที และสั่งให้มันรักษาตำแหน่งโดยการปรับ ความถี่เสียงก้อง เมื่อพวกเขาเปรียบเทียบหางที่ปรับได้กับหางที่แข็งปานกลาง แข็งสมบูรณ์ และคลายความตึงเครียดเต็มที่ พวกเขาพบว่าหางที่ปรับได้นั้นใช้พลังงานน้อยกว่า 16, 41 และ 55 เปอร์เซ็นต์ตามลำดับ หางที่หลวมและแข็งยังพิสูจน์แล้วว่าไม่สามารถเข้าถึงความเร็วสูงที่จำเป็นในภารกิจต่อไปได้

ปลาประหยัดพลังงานด้วยการว่ายน้ำในโรงเรียน Quinn กล่าวว่าการค้นพบของทีมนี้ทำให้สามารถติดตั้งหุ่นยนต์คล้ายปลาขนาดเล็กราคาถูกจำนวนมากได้ ด้วยประสิทธิภาพความเร็วหลายระดับของหางที่ปรับได้ หุ่นยนต์ดังกล่าวสามารถติดตั้งจากระยะไกล เดินทางไปปฏิบัติภารกิจได้อย่างรวดเร็ว จากนั้นจึงชะลอการทำงานให้เสร็จสิ้น เช่น การวัดสภาพอากาศและสิ่งแวดล้อม หรือการทำแผนที่ขนาดใหญ่

ทีมงานมีความกระตือรือร้นที่จะสำรวจว่าการค้นพบของพวกเขาแปลไปยังหุ่นยนต์ว่ายน้ำขนาดต่างๆ ได้อย่างไร โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อแบบจำลองของพวกเขาชี้ให้เห็นว่าความแข็งของหางที่ปรับได้มีความสำคัญมากขึ้นในปลาที่ใหญ่กว่า Qiang บอกPhysics Worldว่าเขาต้องการค้นหาวิธีขั้นสูงในการควบคุมความฝืด เช่น โครงข่ายกล้ามเนื้อเทียม วิธีนี้จะช่วยให้เขาตรวจสอบผลกระทบของความฝืดที่ปรับได้ทั่วร่างกายของหุ่นยนต์ ซึ่งน่าจะใกล้เคียงกับพฤติกรรมของปลาจริงๆ

ตามมาตรฐาน โหมดแม่เหล็กจะเปิดใช้งานโดยแม่เหล็กโดนัทแบบธรรมดา โดยมีความแข็งแกร่งประมาณ 9 mT (ประมาณ 200 เท่าของความแรงของสนามแม่เหล็กโลก) อย่างไรก็ตาม สนามแม่เหล็กสถิตใดๆ ที่ผู้ป่วยพบอาจถูกกระตุ้นโดยไม่ได้ตั้งใจ โดยมีความแรงเกินประมาณ 1 mT

แม่เหล็กหายาก

จุดแข็งดังกล่าวเคยหาได้ยากจากของใช้ในครัวเรือน และพบได้เฉพาะใกล้กับอุปกรณ์อย่างลำโพงสเตอริโอและเครื่องมือไร้สาย อย่างไรก็ตาม ทุกวันนี้ แม่เหล็กเหล่านี้สร้างขึ้นได้ด้วยแม่เหล็กหายากอันทรงพลัง เช่น นีโอไดเมียม ซึ่งมีขนาดเล็กพอที่จะใส่ในหูฟัง ล็อคประตู และลำโพงสมาร์ทโฟนได้

ในการศึกษาของพวกเขา ทีมของ Seidman ได้ประเมินอิทธิพลของสนามเหล่านี้โดยการวาง iPhone 12 และ Apple Watch 6 ในระยะห่างต่างๆ จากเครื่องตรวจจับสนามแม่เหล็ก พวกเขาพบว่าที่ระยะใกล้เคียงน้อยกว่า 1 ซม. เครื่องตรวจจับพบสนามที่มีความแข็งแกร่งมากกว่า 9 mT อย่างมาก ซึ่งสามารถกระตุ้นโหมดแม่เหล็กโดยไม่ได้ตั้งใจได้อย่างง่ายดาย ความแรงนี้ลดลงเมื่อระยะทางเพิ่มขึ้น และลดลงต่ำกว่า 1 mT เกิน 2 ซม. เว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง