水中探査用の 3D プリントされたインテリジェントロボット魚

2018年8月29日、アンタークティックベアは海外メディアから、トルコのフィラト大学の工学研究者グループがバイオニックデザインと3Dプリントを使用して、実用的な探査および測定タスク用のインテリジェントロボット魚を開発していることを知りました。これらのタイプのロボットは、特に移動性が求められる水中探査、観察、研究に適しています。

△3Dプリントロボット魚のプロトタイプ
チームは、Mustafa Ay、Deniz Korkmaz、Gonca Ozmen Koca、Cafer Bal、Zuhtu Hakan Akpolat、およびMustafa Canが執筆した「生物にヒントを得た遊泳モードを備えたインテリジェントロボット魚のメカトロニクス設計と製造」と題する論文を発表しました。

この論文では、デュアルリンク推進尾部機構を備えたバイオニックカランギフォーム型自律型ロボット魚プロトタイプ (i-RoF) を紹介します。設計プロセスでは、実際の鯉のサイズや構造などの物理的特徴を活用したマルチリンクバイオニックアプローチが採用されました。鯉の泳ぎ方や尾の振り方に基づいて適切なボディレートを決定します。このロボット魚は、実験用水槽内で前進、旋回、上下運動、自律的な遊泳動作を特徴としていた。ロボット魚は優れた遊泳性能を持っています。

「ロボット魚の設計には2つの基本的なアプローチがある」と研究者らは書いている。「1つ目はバイオニックデザインで、尾のサイズや関節の数など、体に進行波を与え、重心を制御して一定の深さを維持できるなど、一定の要件があります。2つ目のデザイン方法は、魚の動きの効果のみを使用しますが、実際の魚からインスピレーションを得たものではありません。」

ロボット魚の詳細な機械的構成
彼らのロボット魚は、サーボモーターで駆動する推進尾部機構を備え、BCF タイプのアジ類の遊泳パターンを模倣しています。ロボット魚のプロトタイプは、前部の剛体、2 リンクの尾部機構、中央パターンジェネレーター (CPG) モデルを実行する制御ユニット、前方視覚ユニット、柔軟な尾びれの 5 つの基本コンポーネントで構成されています。前方の剛性のある魚雷型のボディは、電子機器、センサー、重心 (CoG) 制御機構を収容するように設計されています。 CoG 制御機構により、上下移動機能を正常に実現します。 CPG ベースのモーションコントローラーは、堅牢でスムーズかつリズミカルな振動水泳パターンを生成するように適応されました。高出力サーボモーターで駆動するテールリンクと、ペダルに固定された柔軟なテールフィンが、プロトタイプのボディ波を生成するように設計されています。これらのチェーンはタンデムチェーン構造で相互接続されており、水泳動作に必要な推進力を生み出します。ロボット魚は水中を移動しながら環境内の静的および/または動的障害物を感知できる必要があるため、チームはロボット魚の左側、右側、および前面に 3 つのシャープ赤外線距離センサーを配置しました。

第2テールチェーンの詳細な機械構成: 未装着モデルと装着モデル
ロボット魚の 3D モデルは SolidWorks で設計されました。次に、STL ファイルは Voxelizer でボクセル形式に変換され、レイヤー、印刷、サポートポイントの設定が構成されました。プロトタイプの各パーツはPLAフィラメントを使用して3Dプリントされ、柔軟な尾翼はモールドシリコンを使用して作られました。外側の尾翼の金型も3Dプリント技術を使用して設計・製造されています。製造工程で形成される微細な穴からの漏れを防ぐため、すべての部品はエポキシで覆われています。組み立て段階の後、組み立て中に毛細管亀裂によって発生する可能性のある漏れを防ぐために、外面は合成コーティングで覆われます。

3Dプリントされた尾翼
ロボット魚のプロトタイプは、長さ約 500 mm、幅約 76 mm、高さ約 215 mm です。試作品の質量は約3.1kgです。

「三次元移動能力を持つロボット魚のプロトタイプは、実際の実験システムで調査されました。これらの分析では、プロトタイプの特性を得るために 72 を超えるさまざまな実験研究が行われました」と研究者らは説明しています。「設置されたコンポーネントの密閉性をテストするために、水を満たしたテストタンクで 6 時間動作させました。密閉テストは成功しました。」

今後の研究では、プロトタイプの閉ループ制御性能をさまざまな制御構造を使用して検査し、ロボットの遊泳性能をさまざまな水路でテストします。

このロボット魚の設計は、水中資源の検査、汚染の判定、生物形態の観察、水没地域の調査、電力または石油パイプラインの障害検出、海岸線のセキュリティ、軍事任務など、さまざまな海洋用途にさまざまなソリューションを提供します。

出典: 3ders

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