Science Robotics刊登“海底垃圾清洁工”,意大利生物机器人研究所水下行走机器人最新进展!

地球上三分之二的面积被海洋覆盖,海洋供给我们生命所需的一半的氧气,它为人类提供了食物、娱乐,交通,同时维持着气候的稳定。

而我们长久以来对海洋进行着恣意破坏——塑料如云一般覆盖在大海之上,数量庞大以致形成一座座小岛。

(触目惊心的海洋垃圾)

据调查数据显示,我们的海洋上已漂浮有一亿五千吨塑料,而全球每年流入海洋的塑料垃圾就达480万至1270万吨。50年后情况又会是怎样?如果我们让3亿吨塑料都涌入海洋,会不会影响海洋吸收二氧化碳或者制造氧气的能力?

海洋清洁计划迫在眉睫,而科学界早已采取行动。

来自意大利生物机器人研究所的研究团队最近公布了SILVER 2水下机器人的研究进展,并发表在《Science Robotics》期刊中。该机器人被定位为“海底垃圾清洁工”,目标是清除落在海床的塑料垃圾,同时其还能探索和记录海底生物。

尽管大多数‘海洋清洁’行动的目标是清除漂浮在水面附近的大块塑料和垃圾,然而沉在海底的塑料微粒比那些肉眼可见的塑料垃圾还多40倍!

SILVER水下机器人项目的负责人Marcello Calisti表示:“我们的目标是处理在海底附近沉降的微型塑料。潜水艇和其他水下机器人无法到达海底去收集沉没的垃圾;当它们接近海床或靠在海床上时,它们会无意间打乱沙子,掩埋或推开塑料和其他垃圾,这使海洋清洁更难进行。”

该研究团队在2018年的时候宣布了初代机器人SILVER 的诞生,最初的SILVER有四条腿,通过在多种类型的表面上行走和爬行来监视海底。

此后不久,研究人员获得了美国国家地理学会的资助,这使他们能够改进设计并赋予其更多的功能。最新发布的SILVER 2 被安装了6条腿,除了能够在海底走动之外,还可以穿越泥泞和多岩石的表面,甚至在必要时可以跳跃以保持移动。

研究人员受到螃蟹在海底走路的启发。在SILVER 2的设计中,由于流体动力阻力的阻尼作用,机器人在水下会因为浮力减轻重量,因此将浮力中心置于机身上方。

由于螃蟹的腿部弹性极大地影响了它在多岩石的地形中航行的能力。研究人员在SILVER 2的每条腿的膝盖处都安装了弹簧,具有三个自由度,大大降低了航行中被绊倒的风险。当机器人跳跃时,腿与海底接触会模拟螃蟹打孔的动作,伸长并推动脚下的沉积物,这使弹性势能被存储在膝盖上,机器人跳离地面,腿缩回直到再次接触海底。

SILVER2已经在各种艰难的环境条件下进行了测试,包括海藻,泥浆,岩石和沙子。在运动过程中,SILVER2通过在防水车身外壳中使用新型的腿部稳定模块来保持平衡。该机器人还具有导航系统,可帮助其避开障碍物,并使机器人到达所需位置。此外,还安装了压力传感器,浮力系统,接触传感器以及一对摄像头和麦克风,通过录制视频以捕获其周围环境。测试结果还表明,SILVER2 非常安静,不会在海里发出噪音吓跑水里的小动物。

SILVER2可以由船上的人类驾驶员遥控穿越海床,也可以以自主模式运行。在海底走动时,它可以工作约7个小时;如果仅停在海底,则可以工作16个小时,它可以长时间与环境紧密地互动。除了扮演海洋清洁工的角色外,SILVER2还扩展了水下机器人在从生态学到考古学等多种应用中的功能。

Reference:

https://robotics.sciencemag.org/content/5/42/eaaz1012.full

https://techxplore.com/news/2020-05-silver2-aquatic-robot-seabed.html

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