El 4 de marzo de 2021, hora de beijing, la portada de la revista internacional superior Nature publicó el último estudio sobre robots blandos biónicos de aguas profundas, llevado a cabo conjuntamente por el laboratorio Zhijiang de la Universidad de zhejiang: robots blandos autopropulsados en la fosa de las marianas. ¡¡ el equipo de investigación tomó la delantera en la realización del control de 10.000 metros de aguas profundas y el experimento de natación autónoma en aguas profundas de robots blandos!
El Dr. Li guorui, investigador principal del Centro de investigación de robótica inteligente del laboratorio zhijiang, es el primer autor (ocupando el primer lugar), Liang yiming, experto en ingeniería del Centro de investigación de robótica inteligente del laboratorio zhijiang, es el segundo autor, y el profesor Li Tiefeng de la Universidad de Zhejiang es el autor de la comunicación, el Profesor Zhu shiqiang y El profesor Gu jianjun. El Director del laboratorio Zhijiang es coautor.
Resolver el “secreto de la vida” en las profundidades del mar y desarrollar un robot blando adaptado a la presión estática del agua de 10.000 metros
La fosa de las Marianas en el Pacífico occidental es el océano más profundo conocido, con alta presión del agua, baja temperatura y oscuridad total, conocido como el “cuarto polo de la tierra”. Con el desarrollo continuo de la tecnología de inmersión profunda, se ha descubierto que las amplias profundidades del mar no han muerto. Todavía viven cientos de especies en la zona de aguas profundas de ultra alta presión de 6000 a 11000 metros de la fosa de las marianas, de las cuales el caracol es un representante típico.
El estudio biológico encontró que los huesos del pez león se distribuyen finamente en un cuerpo blando en forma de gel y pueden soportar casi 100 MPa de presión, lo que equivale a 1.000 atmósferas. Para hacer una metáfora inapropiada, esta enorme presión equivale a la presión de un automóvil que pesa aproximadamente una tonelada sobre la punta de los dedos. “La peculiar estructura del pez león nos ha dado mucha inspiración. si podemos convertir el ‘misterio de la vida’ en las profundidades marinas en el ‘poder de las máquinas’, podemos desarrollar robots inteligentes de aguas profundas biónicos, de software y miniaturizados capaces de adaptarse a entornos extremos de las profundidades marinas, lo que no solo ayudará a la exploración de las profundidades marinas, sino que también desarrollará nuevos robots y dispositivos inteligentes. Li guorui dijo que la investigación y el desarrollo iniciales todavía son difíciles de frenar la emoción.
Se aclaró la dirección de la investigación. En mayo de 2018, el equipo del profesor Li Tiefeng del Centro de investigación de robótica inteligente del laboratorio Zhijiang y el Centro de mecánica cruzada de la Universidad de Zhejiang lanzaron la investigación de robots blandos biónicos de aguas profundas basados en peces león. Sobre la base de las características de dispersión e integración de los huesos de cabeza de León y pez en los tejidos blandos, el equipo del proyecto diseñó mecánicamente la estructura y los materiales de los equipos electrónicos y la matriz blanda, y optimizó el Estado de estrés en el cuerpo del robot en entornos de alta presión. El Robot blando biónico de aguas profundas desarrollado por el equipo del proyecto parece un pez, de 22 centímetros de largo y 28 centímetros de ancho, aproximadamente equivalente a la longitud y anchura de una hoja de papel a4. Equipos duros como circuitos de control y baterías están integrados en software en forma de gel; Materiales y estructuras mediante el diseño de dispositivos de regulación
El Robot puede soportar una presión estática de agua profunda de 10.000 metros sin una carcasa resistente a la presión.
“En comparación con los equipos tradicionales de inmersión profunda ‘blindados’ resistentes a la Alta presión, hemos desarrollado un robot blando biónico de aguas profundas con nuevas rutas tecnológicas, tratando de reducir drásticamente la dificultad y el costo de la exploración de aguas profundas”, dijo Li guorui.
Romper los límites e innovar “impulsado por músculos artificiales inteligentes”
¿¿ cómo pueden los robots de aguas profundas lograr la propulsión? El robot se basa en su propio sistema de control de energía miniaturizado y en el elástico dieléctrico (de músculo) de la parte ovalada entre las alas. Cuando el dispositivo electrónico en el cuerpo de silicona produce una señal eléctrica, el elástico dieléctrico produce un modo de deformación similar al músculo estimulado por la señal de voltaje, y las alas del robot biónico se abalanzan a medida que el músculo se expande y contrae, impulsando el robot hacia adelante.
Sin embargo, para lograr la conducción de elástico dieléctrico en aguas profundas, es necesario superar la atenuación del rendimiento de conducción eléctrica de los materiales poliméricos a alta y baja temperatura. El equipo del proyecto, en colaboración con el Profesor Luo Yingwu de la escuela de ingeniería química y bioingeniería de la Universidad de zhejiang, ha desarrollado un músculo artificial eléctrico capaz de adaptarse a entornos extremos como bajas temperaturas y alta presión en aguas profundas. Funciona con normalidad incluso en ambientes de baja temperatura (0 – 4 ° c) y alta presión (110 mpa) en la fosa de las marianas. “Otro avance en nuestra investigación es el diseño de un material blando inteligente impulsado por electricidad que todavía puede mantener un buen rendimiento impulsado por electricidad en entornos de alta y baja temperatura”, dijo el profesor Li tiefeng.
En resumen, el nuevo robot blando biónico de aguas profundas fue creado por dos avances tecnológicos, a saber, el sistema de fusión suave y dura adaptado a la presión estática del agua de aguas profundas y el nuevo aplicador de elástico dieléctrico adaptado a entornos de alta y baja temperatura de aguas profundas.
Los robots blandos intrépidos del abismo tienen amplias perspectivas de aplicación.
Durante el estudio, una serie de cálculos numéricos y un gran número de experimentos de simulación de entornos de presión verificaron la viabilidad del esquema. Con el fin de demostrar aún más la fiabilidad del robot en el entorno de campo de aguas profundas, con el apoyo conjunto de la Universidad oceánica de shanghai, el Instituto de aguas profundas de la Academia China de ciencias, la Universidad Marítima de Dalian y el Servicio Geológico marino de guangdong, el robot biónico desarrollado por el equipo del proyecto ha llevado a cabo pruebas de aguas profundas en la fosa de las marianas. El Mar del Sur de China y otras aguas.
En diciembre de 2019, el robot blando biónico de aguas profundas se sentó en el Fondo de la fosa de las marianas. Las grabaciones de imágenes de la prueba marítima muestran que el robot logró una conducción estable de alas en una profundidad de 10.900 metros en la fosa de las marianas. En la noche del 27 de agosto de 2020, el robot blando nadó con éxito de forma autónoma a una profundidad de 3.224 metros en el Mar del Sur de china. “A las tres de la mañana, miramos unos minutos en la Sala de control principal, esperando que el robot se pusiera en marcha en el Fondo del Mar. cuando el robot completó con éxito la natación programada, el corazón colgante finalmente se soltó y la difícil exploración de varios años finalmente logró un hito”, dijo Li guorui.
“Nuestros robots tienen buenas perspectivas de desarrollo y aplicación en entornos hostiles y especiales, como aguas profundas, polares y de alto impacto”, dijo Li guorui. En el futuro, el equipo del proyecto continuará estudiando el sistema integrado de energía, conducción y percepción de dispositivos inteligentes de software de aguas profundas para mejorar la inteligencia de los robots blandos biónicos de aguas profundas y reducir los costos de aplicación. Liang yiming dijo: “también planeamos aplicar tecnologías clave de robots blandos biónicos a sumergibles, desarrollar equipos de aguas profundas miniaturizados y realizar funciones como la comunicación de aguas profundas y la exploración de aguas profundas”.
(fuente: Zhejiang online)