Roboterquallen könnten helfen, Offshore-Windparks zu warten

Roboterquallen könnten helfen, Offshore-Windparks zu warten
Unser Roboter ist von den gewöhnlichen Mondquallen inspiriert. Willyam Bradberry / Shutterstock 

Einige der letzten Gebiete unberührter und unberührter Wildnis auf der Erde existieren unter dem Meer. Diese marinen Ökosysteme sind jedoch durch Tiefsee-Bergbauprojekte, Ölplattformen und Offshore-Windparks bedroht. Wenn diese Einrichtungen gebaut und gewartet werden, neigen sie dazu, die reichen ökologischen Netzwerke um sie herum zu beschädigen.

Roboter und Ingenieure arbeiten an der Lösung dieses Problems und suchen nach neuen Wegen, um Maschinen zu entwickeln, mit denen die Unterwasserkomponenten der wachsenden Offshore-Industrie repariert, gewartet oder inspiziert werden können. Unter der Leitung der Kollegen Thierry Bujard und Gabriel Weymouth von der University of Southampton hat mein Team eine Lösung gefunden Entwerfen Sie Unterwasserroboter, die von den klügsten Schwimmern der Natur inspiriert sind: den hocheffizienten Mondquallen.

Traditionelle Wasserroboter sind für zwei Hauptzwecke konzipiert: für effiziente, Fernnavigation über offene Wasserabschnitte und für Aufgaben, die eine hohe Manövrierfähigkeit in der Nähe von untergetauchten Strukturen erfordern. Beide Robotertypen sind effektiv, aber nur wenige Roboter kombinieren effizientes Fahren mit hoher Manövrierfähigkeit. Das bedeutet, dass die meisten Wasserroboter zu ungeschickt und klobig sind, um die Offshore-Industrie zu unterstützen, ohne auch die Unterwasserumgebung zu schädigen.

Mit der Ausweitung der Offshore-Entwicklungen auf zunehmend fragile Umgebungen haben selbst hochmoderne Schiffsroboter Schwierigkeiten, die Komplexität ihrer Missionen zu bewältigen. Derzeit wird viel geforscht, um autonome Tiefseeroboter zu entwickeln, mit Initiativen wie Xprize Finanzierung einiger der aufregendsten Ideen.

Schiffsmaschinen

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, haben sich die Ingenieure mit der Biologie befasst, um neue Formen des Roboter-Unterwasserantriebs zu inspirieren. Nach Millionen von Jahren der Evolution sollten Wasserlebewesen Modelle anbieten, um die Schwächen der aktuellen Ernte von Unterwasserrobotern anzugehen.

Der Schwimmmodus von Fischen, basierend auf dem Flattern ihrer verschiedenen Flossen, ist für diese zur Hauptinspirationsquelle geworden Experimentieren mit neuen Unterwasserfahrzeugen. Der von Quallen bevorzugte Puls-Jet-Schwimmmodus wird jedoch allgemein als der effizienteste Unterwasserantriebsmechanismus der Welt angesehen und bietet eine überzeugendere technologische Lösung, die für Robotiker weitaus einfacher nachzuahmen ist.

Das Impulsstrahlen beruht auf der zyklischen Expansion und Kontraktion eines Hohlraums des Probenkörpers. Dieses System treibt die Aufnahme und den Ausstoß von Wasser an, wodurch Quallen letztendlich eine Art Antrieb erhalten.


 Holen Sie sich das Neueste per E-Mail


Trotz ihrer Einfachheit kann diese Schwimmstrategie zu unglaublicher Beweglichkeit und hoher Energieeffizienz führen. Der schnellste Tintenfisch kann bis zu reisen 8 Meter pro Sekunde mit einem Puls-Jet-System, während die Quallen Aurelia aurita (auch als Mondquallen bekannt) ist bekannt der effizienteste Schwimmer der Welt.

Indem wir diese Organismen beim Bau von Unterwasserrobotern kopieren, können wir neue Unterwasserfahrzeuge entwickeln, die hohe Manövrierfähigkeit mit unerreichter Effizienz kombinieren können. In unserer neuere ForschungenWir haben einen neuen bioinspirierten Roboter entwickelt, der mit der Antriebseffizienz des Roboters mithalten kann Aurelia aurita. Zu diesem Zweck haben wir das Schlüsselprinzip nachgeahmt, das es Quallen ermöglicht, ihre hohe Antriebseffizienz zu erreichen: Resonanz.

Die Aurelia Aurita oder MondquallenDie Aurelia aurita oder Mondqualle gilt als die effizienteste Schwimmerin der Welt. Richard A McMillin / Shutterstock

Resonanzrobotik

Resonanz ist ein physikalisches Phänomen, das häufig bei vielen alltäglichen Aktivitäten wie Gehen, Schaukeln und Spielen auftritt sogar singen. Wenn wir zum Beispiel ein schwingendes Pendel beobachten, wissen wir aus Erfahrung, dass es weiter schwingt, bis es zur Ruhe kommt und in einer vertikalen Position hängt, die durch die Schwerkraft bestimmt wird. Die Frequenz, mit der das Pendel schwingt, wird als "Eigenfrequenz" bezeichnet.

Aus Erfahrung wissen wir auch, dass, wenn wir das Pendel in Schwingung halten wollen, der einfachste Weg, dies zu tun, darin besteht, ihm jedes Mal einen hilfreichen Schubs zu geben, wenn es den höchsten Punkt seiner Schwingung erreicht, genau wie wir es tun, wenn wir ein Kind höher schieben auf einer Schaukel. Wenn wir dies tun, lassen wir das Pendel oder die Schaukel „mitschwingen“.

Resonanz tritt also auf, wenn eine externe Kraft ein System mit seiner Eigenfrequenz beeinflusst, wodurch das System bei einem Bruchteil der benötigten Kraft größere Amplitudenschwingungen erzielt. Das macht das Arbeiten mit Resonanz so effizient. Wir haben das gleiche Prinzip auf den Antrieb unseres von Quallen inspirierten Roboters angewendet.

Wir stellten die Hypothese auf, dass wir durch die Entwicklung einer Roboterqualle mit einem elastischen Antriebssystem die inhärente Eigenfrequenz dieses Elastikums nutzen könnten, um den Mechanismus in Resonanz zu versetzen. In Resonanz würde unser Roboter leistungsstarke gepulste Jets zu einem Bruchteil der Energiekosten ausgeben.

Der von uns entwickelte Roboter verfügt über eine elastische Innenkammer, die sich unter der Wirkung eines schirmartigen Mechanismus ausdehnt und zusammenfällt. Bei einem Test in einem Wassertank wurde festgestellt, dass der Roboter seine Schwimmgeschwindigkeit erhöht, wenn sich die Geschwindigkeit, mit der er pulsiert, der Eigenfrequenz der elastischen Kammer der Roboterquallen nähert. Es zeigte sich, dass unsere Roboterquallen Resonanz erreicht hatten.

Die Effizienz eines Systems, das sich selbst antreibt, sei es mechanisch oder biologisch, basiert auf einer Gleichung, die die aufgenommene Leistung, die Geschwindigkeit des Systems und seine Masse kombiniert. Wenn diese Gleichung auf unseren Roboter angewendet wird, stellt sie unsere Roboterquallen auf die gleiche Stufe wie die Aurelia aurita Qualle.

Dies ist ein bemerkenswertes Ergebnis mit zweifacher Wirkung. Einerseits zeigt es zum ersten Mal, dass ein mechanisches System die Antriebseffizienz der besten Schwimmer der Natur erreichen kann. Auf der anderen Seite hat unser Roboter das hervorragende Schwimmen seiner biologischen Gegenstücke erklärt - was Biologen nun helfen kann, mit einer völlig neuen Perspektive zum Studium von Quallen und Tintenfischen zurückzukehren.

Angetrieben von einem System, das von den effizientesten Schwimmern der Natur inspiriert wurde, bietet unsere Roboterqualle einen Prototyp eines dynamischen und effizienten Unterwasserroboters, mit dem die Offshore-Windparkindustrie eines Tages die Teile ihrer Infrastruktur warten kann, die unter den Wellen liegen.

Über die Autoren

Francesco Giorgio-Serchi, Kanzlerstipendiat für Robotik und autonome Systeme, University of Edinburgh

Dieser Artikel wurde am 24. Februar 2021 aktualisiert, um das Team der University of Southampton zu würdigen, das ebenfalls an dieser Forschung gearbeitet hat.Das Gespräch

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.

Bücher zum Thema

Drawdown: Der umfassendste Plan, der je zur Umkehr der globalen Erwärmung vorgeschlagen wurde

von Paul Hawken und Tom Steyer
9780143130444Angesichts der weit verbreiteten Angst und Apathie hat sich eine internationale Koalition von Forschern, Fachleuten und Wissenschaftlern zusammengeschlossen, um eine Reihe realistischer und mutiger Lösungen für den Klimawandel anzubieten. Einhundert Techniken und Praktiken werden hier beschrieben - einige sind bekannt; Einige, von denen Sie vielleicht noch nie gehört haben. Sie reichen von sauberer Energie über die Aufklärung von Mädchen in einkommensschwachen Ländern bis hin zu Landnutzungspraktiken, die Kohlenstoff aus der Luft ziehen. Die Lösungen existieren, sind wirtschaftlich rentabel und werden derzeit von Communities auf der ganzen Welt mit Geschick und Entschlossenheit umgesetzt. Erhältlich bei Amazon

Design Climate Solutions: Ein Leitfaden für kohlenstoffarme Energie

von Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
1610919564Angesichts der Auswirkungen des Klimawandels auf uns ist die Notwendigkeit, die globalen Treibhausgasemissionen zu senken, nicht weniger als dringend. Es ist eine gewaltige Herausforderung, aber die Technologien und Strategien, um sie zu bewältigen, existieren heute. Eine kleine Reihe gut konzipierter und umgesetzter Energiepolitiken kann uns auf den Weg in eine kohlenstoffarme Zukunft bringen. Energiesysteme sind groß und komplex, daher muss die Energiepolitik fokussiert und kostengünstig sein. One-Size-Fits-All-Ansätze werden den Job einfach nicht erledigen. Die politischen Entscheidungsträger benötigen eine klare, umfassende Ressource, die die Energiepolitik beschreibt, die den größten Einfluss auf unsere Klimazukunft haben wird, und beschreibt, wie diese Politik gut gestaltet werden kann. Erhältlich bei Amazon

Das ändert alles: Der Kapitalismus vs. Klima

von Naomi Klein
1451697392In Das ändert alles Naomi Klein argumentiert, dass der Klimawandel nicht nur ein weiterer Punkt ist, der zwischen Steuern und Gesundheitsfürsorge ordentlich zu behandeln ist. Es ist ein Alarm, der uns auffordert, ein Wirtschaftssystem zu reparieren, das uns bereits in vielerlei Hinsicht versagt. Klein bringt akribisch die Argumente dafür in Betracht, wie massiv die Reduzierung unserer Treibhausgasemissionen unsere beste Chance ist, gleichzeitig klaffende Ungleichheiten zu reduzieren, unsere gebrochenen Demokratien neu zu denken und unsere entlegenen lokalen Volkswirtschaften wieder aufzubauen. Sie enthüllt die ideologische Verzweiflung der Leugner des Klimawandels, die messianischen Wahnvorstellungen der angehenden Geoingenieure und den tragischen Defätismus zu vieler grüner Mainstream-Initiativen. Und sie zeigt genau, warum der Markt die Klimakrise nicht beheben kann und kann, sondern die Situation mit immer extremeren und ökologisch schädigenden Abbauverfahren, begleitet von einem grassierenden Katastrophenkapitalismus, verschlechtert. Erhältlich bei Amazon

Vom Herausgeber:
Einkäufe bei Amazon gehen zu Lasten der Transportkosten InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, und ClimateImpactNews.com Kostenlos und ohne Werbetreibende, die Ihre Surfgewohnheiten verfolgen. Selbst wenn Sie auf einen Link klicken, aber diese ausgewählten Produkte nicht kaufen, zahlt uns alles, was Sie bei demselben Besuch bei Amazon kaufen, eine kleine Provision. Es fallen keine zusätzlichen Kosten für Sie an. Bitte tragen Sie zum Aufwand bei. Du kannst auch nutzen Sie diesen Link jederzeit für Amazon nutzbar, damit Sie unsere Bemühungen unterstützen können.

 

Sie Könnten Auch Mögen

VERFÜGBARE SPRACHEN

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

Folge InnerSelf weiter

facebook-icontwitter-iconRSS-Symbol

 Holen Sie sich das Neueste per E-Mail

{Emailcloak = off}

Marie T. Russells tägliche Inspiration

INNERSELF VOICES

10 Gründe, warum Männer leiden
10 Gründe, warum Männer leiden
by Barry Vissell
Ich habe kürzlich die Leitung eines Online-Männerretreats beendet. Jeder von uns wurde zutiefst verletzlich und…
Chakra-Heilungstherapie: Tanzen auf den inneren Champion zu
Chakra-Heilungstherapie: Tanzen auf den inneren Champion zu
by Glen Park
Flamencotanzen ist eine Freude zu sehen. Ein guter Flamencotänzer strahlt ein überschwängliches Selbstbewusstsein aus…
Treten wir in das Zeitalter des Heiligen Geistes ein?
Treten wir in das Zeitalter des Heiligen Geistes ein?
by Richard Smoley
Die Priester des Zeitalters des Vaters, deren Aufgabe es war, Opfer zu bringen, hätten wahrscheinlich nicht…
Glauben Sie an Ihr Genie: Geben Sie sich einen Ruf, dem Sie gerecht werden können!
Glauben Sie an Ihr Genie: Geben Sie sich einen Ruf, dem Sie gerecht werden können!
by Alan Cohen
Vielleicht haben Sie schon früh einen Gedanken über sich selbst angenommen, der Sie als klein, hässlich,…
Geist berührt kurz in Form: Weisheit von einem Damselfly
Geist berührt kurz in Form: Weisheit von einem Damselfly
by Nancy Windherz
Als ich ins kalte Wasser watete, bemerkte ich den Körper eines blauen Teiches, der auf dem…
Wie man eine Hausbestattung plant und durchführt
Wie man eine Hausbestattung plant und durchführt
by Elizabeth Fournier
Lee Webster, emeritierter Präsident der National Home Funeral Alliance, schreibt: „Beerdigungen zu Hause sind…
Horoskopwoche: 29. März - 4. April 2021
Horoskop Aktuelle Woche: 29. März - 4. April 2021
by Pam Younghans
Dieses wöchentliche astrologische Tagebuch basiert auf planetarischen Einflüssen und bietet Perspektiven und…
Mit Meditation auf Zellebene in die Heilungsreise gehen
Mit Meditation auf Zellebene in die Heilungsreise gehen
by Barry Grundland, MD und Patricia Kay, MA
Meditation auf Zellebene ist ein Mittel, um unseren Weg „nach Hause“ zu finden. Wir atmen unsere Zellen ein,…

MOST READ

Die erste Regel für den Meditationserfolg: Lassen Sie sich nicht von dem regieren, was andere tun
Die erste Regel für den Meditationserfolg: Lassen Sie sich nicht von dem regieren, was andere tun
by J. Donald Walters
Wie lange solltest du meditieren? Die erste Regel lautet: Lass dich nicht von dem regieren, was andere tun. Was funktioniert gut ...
Die sehr merkwürdige Geschichte des Osterhasen
Die sehr seltsame Geschichte des Osterhasen
by Katie Edwards, Universität von Sheffield
Während Sie an diesem Wochenende Ihren Schokoladenhasen die Köpfe abbeißen, fragen Sie sich vielleicht, wie Cartoon…
Tagtraumtechniken, die Ihnen helfen können, Ihre Zukunft zu gestalten
Tagtraumtechniken, die Ihnen helfen können, Ihre Zukunft zu gestalten
by Serge Kahili King
Es ist leicht, das Tagträumen zu vereinfachen, indem man sagt, dass man sich nur etwas vorstellen muss, aber…
Stress Walking: Ein Schritt in die richtige Richtung
Spirited Walking: Ein Schritt in die richtige Richtung
by Carolyn Scott Körtge
Allzu oft betrachten wir Bewegung als eine weitere Aufgabe - vielleicht sogar als Belastung. Wir machen es, weil wir…
Die Zahl Null (0) in Ihrem Leben mit Hilfe von Heilsteinen
Die Zahl Null (0) in Ihrem Leben mit Hilfe von Heilsteinen
by Editha Wuest und Sabine Schieferle
Der amerikanische Mathematiker Robert Kaplan hat einmal gesagt: „Wenn man auf Null schaut, sieht man nichts; aber schau…
Warum versuchen Menschen, durch Hochwasser zu fahren oder zu spät zu fliehen?
Warum Menschen versuchen, durch Hochwasser zu fahren oder zu spät zu fliehen
by Garry Stevens et al
Trotz der Warnung vor gefährlichen Straßenverhältnissen haben einige Leute ihre Autos durch…
Einfache Prozesse, um sich auf die Energie der Liebe und des Mitgefühls einzustellen
Einfache Prozesse, um sich auf die Energie der Liebe und des Mitgefühls einzustellen
by Sharron Rose
Während Sie diese Übungen praktizieren, werden einfache Gaben des Glaubens, der Nächstenliebe, der Geduld, der Sanftmut und der Freundlichkeit…
Asiaten sind gut in Mathe? Warum sich Rassismus als Kompliment nicht auszahlt
Asiaten sind gut in Mathe? Warum sich Rassismus als Kompliment nicht auszahlt
by Niral Shah
An der Oberfläche klingt die Erzählung „Asiaten sind gut in Mathe“ wie ein Kompliment. Immerhin, was ist ...

New Attitudes - Neue Möglichkeiten

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com
Copyright © 1985 - 2021 Inner Publikationen. Alle Rechte vorbehalten.