Simple Science

Ciência de ponta explicada de forma simples

# Física # Dinâmica dos Fluidos # Robótica

Peixe Robótico: Imitando os Nadadores da Natureza

Cientistas criam robôs que nadam como peixes, revelando segredos do movimento aquático.

L. Padovani, G. Manduca, D. Paniccia, G. Graziani, R. Piva, C. Lugni

― 7 min ler


Robôs Peixe: Imitadores Robôs Peixe: Imitadores da Natureza aquática. verdade pra melhorar a pesquisa Novos peixes robóticos imitam os de
Índice

Já viu um peixe nadando rápido na água e pensou: “Poxa, eu queria conseguir fazer isso”? Bom, a gente pode não estar ganhando brânquias tão cedo, mas os cientistas estão trabalhando em robôs que nadam igual a peixes. Isso não é só legal, mas também ajuda a gente a entender como os peixes fazem o que fazem. Vamos mergulhar no mundo dos robôs parecidos com peixes e o que os faz funcionar!

Por Que os Peixes São os Melhores Nadadores

Os peixes são muito bons em nadar. Para pensar bem: eles conseguem escapar de predadores, passar por espaços apertados e viajar longas distâncias sem se cansar muito. Um grande motivo por eles serem tão bons nisso é a cauda. Os peixes conseguem dobrar e flexionar suas Caudas de várias maneiras para tirar o máximo proveito de cada movimento. Eles estão aperfeiçoando essa técnica há milhões de anos, então é difícil superar o design deles.

A Chegada do Peixe Robô

Os cientistas pensaram: “Se os peixes conseguem, por que não podemos fazer robôs que nadem como eles?” E assim, inventaram um peixe robô que parece e se move como um de verdade. Esse robô tem cerca de 76 cm de comprimento, que é mais ou menos do tamanho de um cachorro pequeno. Imagine um cachorrinho robô que nada! O objetivo é medir quão bem esse robô “peixinho” nada em comparação com o de verdade.

O Ingrediente Secreto: Flexibilidade

A ideia principal é flexibilidade. O peixe robô tem uma cauda especial que pode se dobrar graças a uma mola escondida dentro. Isso é parecido com como funciona a cauda de um peixe de verdade. Quando o robô nada, ele pode ajustar a rigidez da cauda, o que muda a eficiência dele na água. Se você já tentou remar deitado em vez de ficar apoiado, sabe que a posição do corpo importa. Os peixes usam sua flexibilidade para se manterem equilibrados e empurrar a água atrás deles de forma eficiente.

Como os Cientistas Testaram o Robô Peixe

Para ver quão bem o robô nada, os cientistas colocaram ele em um túnel de água. Esse túnel permite que a água flua ao redor do robô, simulando nadar em um rio ou oceano. A equipe mediu quão rápido o robô conseguia ir e quanta energia usava enquanto nadava. Eles até compararam esses resultados com os de peixes de verdade. É como uma competição de natação em alta velocidade, mas com robôs e peixes em vez de humanos de sunga!

Entrando nos Detalhes

O robô é modelado em cima de um tipo de peixe chamado atum, conhecido por ser um nadador rápido. Para criar o peixe robô, os cientistas usaram uma impressora 3D para construir o corpo. Dentro, tem um motor pequeno que move a cauda. Pense nesse motor como o motor do robô.

A flexibilidade da cauda vem de duas molas que permitem que ela se mova mais como a cauda de um peixe de verdade. Os pesquisadores até escolheram o tamanho das molas com base em como as caudas dos peixes funcionam naturalmente na água! Eles queriam fazer o mais realista possível, então controlaram como o robô se movia com precisão.

Testando, Testando, 1-2-3!

Depois que o peixe robô estava pronto, os pesquisadores começaram a testar. A equipe se certificou de que o robô conseguisse nadar em diferentes Velocidades e frequências (basicamente, quão rápido ele bate a cauda). Eles registraram quanto de energia ele usava, quão rápido nadava e quão efetivamente conseguia empurrar a água atrás dele. Cada detalhe foi medido e registrado para ver como se saia em comparação com peixes de verdade.

O Que Eles Descobriram?

Após vários testes, a equipe notou algumas coisas empolgantes. Para começar, o peixe robô conseguia se propulsar na água! Isso significa que ele conseguia nadar sem ser empurrado por correntes ou qualquer outra força. Eles descobriram que, ao brincar com a rigidez da cauda, podiam mudar a quantidade de impulso que o robô produzia.

O Ponto Ideal

Uma das descobertas interessantes foi uma coisinha chamada “ressonância”. Quando o robô nadava em uma certa frequência, parecia que ele nadava de maneira mais eficiente. Imagine encontrar aquele ritmo perfeito enquanto corre; tudo simplesmente se encaixa! Esse ponto ideal permitiu que o robô usasse menos energia enquanto se movia mais rápido. Então, eles aprenderam que, além de fazer o robô nadar, eles também podiam otimizar seu desempenho.

O Que Faz um Bom Nadador?

Agora, vamos analisar o que significa ser um bom nadador, seja você de carne ou circuito. Um ótimo nadador precisa de três coisas principais:

  1. Velocidade: Quão rápido você consegue se mover na água?
  2. Eficiência de Energia: Quanta energia é necessária para nadar?
  3. Flexibilidade: Quão bem você pode adaptar seus movimentos para maximizar suas habilidades de natação?

Um peixe de verdade manda bem em todas essas, enquanto o peixe robô tá chegando lá!

Por Que os Robôs Importam

Você pode estar se perguntando: “Por que passar todo esse trabalho para construir um robô peixe?” Bom, as implicações são enormes! Esses robôs podem ajudar a gente em muitas coisas, incluindo:

  • Exploração Subaquática: Eles podem alcançar lugares que humanos não conseguem, como fossas oceânicas profundas.
  • Pesquisa em Biologia Marinha: Os cientistas podem usá-los para observar o comportamento real dos peixes sem atrapalhá-los.
  • Operações de Busca e Resgate: Eles poderiam ajudar a encontrar objetos perdidos ou até pessoas na água.

Ou seja, robôs parecidos com peixes podem mudar como interagimos com ambientes aquáticos.

O Futuro dos Robôs Peixes

À medida que os cientistas continuam aprimorando seus métodos, podemos esperar que as futuras gerações de peixes robôs se tornem ainda mais avançadas. Eles podem ter habilidades sensoriais melhores, permitindo que reajam mais como peixes de verdade. Imagine um robô que conseguisse navegar por paisagens subaquáticas complexas ou identificar obstáculos em seu caminho!

Tornando Mais Realista

Os pesquisadores também estão considerando tornar os movimentos do robô ainda mais parecidos com os de um peixe de verdade. Isso pode significar adicionar materiais ainda mais flexíveis e sensores sofisticados que imitem como os peixes percebem seu entorno. O objetivo é criar um robô que consiga se adaptar a várias condições, assim como seus equivalentes biológicos.

Em Conclusão: Os Peixes Ainda Não Estão com Medo

Enquanto os peixes não estão em perigo por causa desses robôs ainda, eles estão cada vez mais perto de replicar algumas das façanhas impressionantes dos peixes de verdade. Graças ao trabalho duro de cientistas e engenheiros, estamos aprendendo lições valiosas sobre movimento, flexibilidade e eficiência que podem influenciar não só a robótica, mas também nossa compreensão dos ecossistemas marinhos.

Então, da próxima vez que você ver um peixe nadando, lembre-se que não é só um peixe – é um mestre da natação que inspira nossas criações robóticas. Quem sabe? Talvez um dia a gente tenha pequenos robôs peixes nadando ao lado dos de verdade no oceano, todos se dando bem sob as ondas.

Fonte original

Título: Experimental study of fish-like bodies with passive tail and tunable stiffness

Resumo: Scombrid fishes and tuna are efficient swimmers capable of maximizing performance to escape predators and save energy during long journeys. A key aspect in achieving these goals is the flexibility of the tail, which the fish optimizes during swimming. Though, the robotic counterparts, although highly efficient, have partially investigated the importance of flexibility. We have designed and tested a fish-like robotic platform (of 30 cm in length) to quantify performance with a tail made flexible through a torsional spring placed at the peduncle. Body kinematics, forces, and power have been measured and compared with real fish. The platform can vary its frequency between 1 and 3 Hz, reaching self-propulsion conditions with speed over 1 BL/s and Strouhal number in the optimal range. We show that changing the frequency of the robot can influence the thrust and power achieved by the fish-like robot. Furthermore, by using appropriately tuned stiffness, the robot deforms in accordance with the travelling wave mechanism, which has been revealed to be the actual motion of real fish. These findings demonstrate the potential of tuning the stiffness in fish swimming and offer a basis for investigating fish-like flexibility in bio-inspired underwater vehicles.

Autores: L. Padovani, G. Manduca, D. Paniccia, G. Graziani, R. Piva, C. Lugni

Última atualização: 2024-11-16 00:00:00

Idioma: English

Fonte URL: https://arxiv.org/abs/2411.10760

Fonte PDF: https://arxiv.org/pdf/2411.10760

Licença: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Alterações: Este resumo foi elaborado com a assistência da AI e pode conter imprecisões. Para obter informações exactas, consulte os documentos originais ligados aqui.

Obrigado ao arxiv pela utilização da sua interoperabilidade de acesso aberto.

Artigos semelhantes