Un robot inspirat de păsările care se scufundă, precum pescărușii sau papagalii-de-mare, poate înota sub apă și apoi decola direct în zbor, fără să folosească vreo mișcare de vâslit, așa cum fac majoritatea păsărilor reale.

Aproximativ 100 de specii de păsări, printre care pescărușii, papagalii-de-mare și furtunarii, pot atât să zboare, cât și să înoate, scufundându-se după pradă și revenind apoi în aer. Inspirați de aceste „aviatoare acvatice”, ingineri de la MIT și de la Școala Politehnică Federală din Lausanne (EPFL) au construit un robot capabil să înoate sub apă, apoi să bată din aripi pentru a decola direct în zbor.

Un corp de mai puțin de 300 de grame, inspirat direct din natură

Robotul, numit „vehicul zburător-acvatic cu aripi batante” (FAAV), cântărește sub 300 de grame și are un corp central, două aripi flexibile, batante, și o coadă direcționabilă, cu aripi interschimbabile de diverse dimensiuni. Corpul conține o baterie și un motor electric etanș, care acționează un arbore cotit ce mișcă aripile în sus și în jos, la frecvențe prestabilite. Aripile sunt confecționate din membrane subțiri, acoperite cu nanoparticule hidrofobe, care ajută la îndepărtarea apei.

Echipa a analizat, din literatura științifică, date despre modul în care păsările scufundătoare, precum papagalii-de-mare, furtunarii sau pescărașii, bat din aripi, atât în aer, cât și în apă. Păsările mai mici bat din aripi de circa 10 ori pe secundă în zbor și de circa patru ori pe secundă în apă, iar cele mai mari au o frecvență ușor mai redusă, din cauza anvergurii mai mari. Aceste date au ghidat direct proiectarea robotului.

Testele din lac și tranziția fără vâslit

Cercetătorii au fabricat trei seturi de aripi, mici (60 cm), medii (80 cm) și mari (100 cm), și au testat robotul mai întâi într-un bazin de apă, apoi în Lacul Geneva, din Elveția. Robotul a fost scufundat la circa jumătate de metru sub suprafață, iar echipa a variat frecvența de bătaie a aripilor și unghiul cozii, pentru a identifica exact combinația care permite tranziția lină de la înot la zbor.

Cea mai bună performanță a fost obținută cu aripile de dimensiune medie, robotul reușind să înoate la aproape un metru pe secundă și să zboare la circa șase metri pe secundă, viteze comparabile cu cele ale păsărilor scufundătoare reale. Pentru a decola din apă direct în zbor, robotul trebuie înclinat la un unghi de 70 de grade, suficient de abrupt pentru ca vârfurile aripilor să nu atingă suprafața apei în timpul bătăii, dar nu mai abrupt, pentru a nu se răsturna înapoi în apă.

Surprinzător, spun cercetătorii, această combinație de mărime a aripilor, frecvență de bătaie și unghi al cozii a permis robotului să decoleze din apă fără vâslit din picioare, o mișcare pe care majoritatea păsărilor scufundătoare o folosesc în realitate. „Dacă te uiți la păsări, majoritatea trebuie să vâslească la suprafață pentru a decola. Întrebarea a fost dacă și roboții au nevoie de același lucru. S-a dovedit că nu”, a declarat Raphael Zufferey, autorul principal al studiului și profesor asistent de inginerie mecanică la MIT.

La ce ar putea folosi un asemenea robot

Echipa își imaginează că roboți de acest tip ar putea fi folosiți în oceanografie, pentru a survola și preleva probe din zone acvatice altfel prea periculoase pentru navele tradiționale. „Visul nostru este ca oceanografii, biologii marini și comunitățile de coastă să poată lansa acest robot de pe o barcă sau de pe țărm, iar el să zboare până în zona de interes, cum ar fi un iceberg, un port sau un grup de balene”, a explicat Zufferey. „S-ar scufunda pentru a lua o măsurătoare sau o probă, ar zbura înapoi pentru a livra datele, la o fracțiune din costul metodelor tradiționale, apoi ar putea reveni pentru mai multe”.

Cercetarea arată că un robot poate rezolva, cu o singură pereche de aripi flexibile, o problemă pe care natura însăși a rezolvat-o în puține feluri: trecerea lină între două medii complet diferite, apa și aerul, fără mecanisme separate pentru fiecare.

---

Sursa:
Raphael Zufferey, Simon L. Jeger, Moritz Hüsser, Fernando Ruiz, Anthony Lapsansky, Auke Ijspeert, Dario Floreano — „Leaping out of the water: aerial-aquatic locomotion with flapping wings” — Science — DOI: 10.1126/science.aeb6744