ماهیان دنیای روباتیک
طی میلیون‌‌ها سال در قلمرویی پهناور و اغلب پرخطر، توانایی‌های پیش رانشی و نیروی محرکه در ماهی‌ها تکامل پیدا کرده‌است. این توانایی‌ها بسیار برتر از شیوه‌هایی است که با فناوری دریانوردی ابداع و اجرا می‌شوند. وسایل نقلیه زیردریایی به‌طور معمول به کمک پروانه نیروی رانشی خود را تأمین می‌کنند، اما روبات‌هایی که کاربرد آنها در زیر دریا و اقیانوس است باید قابلیت مانوردهی و گشت‌زنی با سرعت بالا را باهم داشته باشند. در وسایلی که با اتکا به پروانه حرکت می‌کنند نمی‌توان این دو ویژگی را همزمان پیاده کرد. با الگوبرداری از نحوه شنا کردن ماهی‌ها و نقش باله‌ها در مانوردهی و تنظیم سرعتشان یک ماهی روباتیک می‌توان این دو ویژگی را باهم داشته باشد.
ماهی روباتیک از جمله روبات‌هایی است که برای آموزش علوم، فناوری، مهندسی و ریاضیات در مدارس ابتدایی و راهنمایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. هدف از کاربرد این روبات با ظاهری شبیه به ماهی افزایش آگاهی نسل‌های جدید درباره محافظت از جانوران دریازی و زیستگاه‌های آنها است.
ماهی‌ها حتی منبع الهامی برای صنعت هوانوردی هستند. در دانش زیست همانندسازی به تقلید از فلس‌های ماهی‌ها نوعی بال هواپیما طراحی و ساخته شده که متناسب با سرعت و طول پرواز تغییر شکل می‌دهد. این تغییر شکل به تقلید از سر خوردن فلس‌های بدن ماهی روی یکدیگر طراحی شده‌است.
***
ساخت روبات با الگوبرداری از جانوران و دیگر سیستم‌های زیستی و طبیعی کانون توجه بسیاری از طراحان و سازندگان روبات در سراسر دنیا شده‌است. روبات‌های مقلد دنیای وحش با بازسازی مکانیسم‌های زیستی این فرصت را به انسان‌ها خواهند داد تا امور پیچیده دنیای واقعی را با شیوه‌های کارآمد و قابل اطمینان خودکارسازی کنند. برای این که دریاها و اقیانوس‌ها، عملکردهای این اکوسیستم‌ها، فعالیت‌هایی که در اعماق آنها رخ می‌دهند و موجودات زنده‌ای که ساکن آنها هستند بیشتر شناخته شوند، باید آنها را مورد کاوش قرار داد و از زیر آب‌ها داده جمع‌آوری کرد. در سال‌های اخیر، سازندگان روبات تلاش‌های خود را متمرکز کرده‌اند تا روبات‌هایی پیشرفته‌تر از گذشته بسازند؛ روبات‌هایی که به کاوش و پایش دنیای زیر آب کمک زیادی می‌کنند.
یکی از این روبات‌های پیشرفته «روبوکریل» است، یک روبات جدید که به تقلید از گونه‌ای سخت پوست کوچک شبیه به میگو به نام «کریل» ساخته شده‌است. این روبات به‌طور مصنوعی و بدون کم و کاست حرکات شناگری کریل را در محیط‌های مختلف زیرآب تقلید می‌کند.
پیش از این مطالعاتی با هدف جمع‌آوری اطلاعات بیشتر درباره اجتماعات پلانکتون‌ها در اقیانوس انجام شده بود. برای این منظور، آزمایشی به اجرا درآمد که طی آن رفتار موجودات با استفاده از سیگنال‌های نور کنترل می‌شد. پس از آن، به جای این که از بیرون رفتار موجودات زنده کنترل شود، روباتی وارد عمل شد که ویژگی‌های رفتاری و حرکتی موجودات زنده شناگر را داشت.
پژوهشگران «دانشگاه براون» در ایالات‌متحده و «دانشگاه ملی مکزیک» (UNAM)به منظور دنبال کردن آن پروژه، ابتدا، برای ساخت یک سیستم روباتیک که می‌توانست حرکات و نحوه شنا کردن کریل را تقلید کند برنامه‌ریزی کردند اما کریل روباتیکی که ساختند، پتانسیلی بسیار فراتر از آن‌چه تصور می‌‌شد دارد.
در حال حاضر روبات‌های شناگری ساخته شده‌اند که یا خیلی آهسته شنا می‌کنند یا بسیار سریع هستند. روباتی که حد واسط این دو باشد، ساخته نشده بود. روبات شناگر کوچکی که نه خیلی کند و نه خیلی سریع باشد می‌تواند مأموریت‌هایی که با روبات‌های بزرگ‌جثه‌تر غیرممکن یا دشوار است را با موفقیت به انجام برساند.
در مرحله طراحی روبوکریل، پارامترهای مختلف به‌طور جداگانه در آزمایشگاه امتحان و به دنبال آن بهینه‌سازی شدند تا سرعت و حرکات دلخواه در روبات مشاهده شوند.
آینده روبوکریل روشن است؛ کریل روباتیک قرار است به زیست‌شناس‌ها و دانشمندان محیط‌زیست کمک کند از راه دور ژرفای اقیانوس‌ها را کاوش کنند و داده‌های با ارزشی به‌دست آورند. در این حین، روبات مرتب ارتقاء داده خواهد شد و عملکرد آن در موقعیت‌های واقعی مورد سنجش قرار خواهد گرفت.
اکنون ویژگی‌های ریخت‌شناختی و نیمه جنبشی کریل روباتیک و نیز تعاملات دینامیک آن در تولید نیروی رانشی مطالعه می‌شوند. همچنین، پارامترهای مهم در ساخت یک سیستم ساده که قابل کوچک‌سازی باشد بهینه‌سازی می‌شوند. هدف نهایی، ساخت یک روبات کوچک است که بتوان از طریق آن به خصوصیات محیط‌های خارج از دسترس پی برد یا در آنها مداخله کرد.
چشم‌اندازی که روبوکریل از آینده ترسیم می‌کند روزی است که دسته پرجمعیتی از روبات‌های شناگر به اعماق گستره‌های دریایی اعزام شده‌اند تا داده‌های پژوهشی موضوعی خاص را جمع‌آوری کنند. اگر جمعیتی از روبات‌های شناگر کوچک در آب‌های واقعی مستقر شوند، امکان محک زدن پارامترهای گوناگون در آنها فراهم می‌شود که نتیجه آن ایجاد طرح‌های بهتر، کاهش دادن ابعاد آنها در مقیاس سانتی‌متر و ارتقاء توانایی‌های شناگریشان خواهد بود.
روبات‌های شناگر توانایی انجام مأموریت‌هایی را دارند که از عهده انسان خارج است. در طراحی آنها از انواع جانوران الگوبرداری می‌شود، حتی آنهایی که اصلاً دریازی نیستند، فقط در تخیل وجود دارند یا منقرض شده‌اند. دایناسورهای پرنده که فقط در فیلم‌های علمی ـ تخیلی موجودیت پیدا می‌کنند نمونه از آنها هستند. در اینجا است که دانش زیست همانندسازی یا زیست‌تقلید (biomimetics) می‌تواند تا حدی تصورات را به واقعیت تبدیل کند. پژوهشگران دانشگاه پلی‌تکنیک «دله مارکه» در ایتالیا با الگوبرداری از اصول دینامیک سیالات که تعیین‌کننده نحوه حرکت ماهی‌ها و جانوران دریازی دیگر هستند، به شیوه‌ای مبتکرانه یک روبات شناگر باله‌دار خودران ساخته‌اند که برای حرکت در زیردریا طراحی شده است.
نیروی پیش‌رانش ماهی‌ها از نقطه‌نظر قابلیت نیروی محرکه، شتاب‌گیری و مانوردهی چیزی بسیار فراتر از فناوری دریایی پیشرفته امروزی است. ساخت یک ماهی روباتیک که همه ویژگی‌های همتای بیولوژیکی خود را داشته باشد از نگاه علم روباتیک یک ضرورت است؛ به‌ویژه اگر هدف بررسی مکانیک سیالات در توانایی شناگری باشد. به‌طور کلی، در روبات‌هایی که بر اساس تقلید از جانوران ساخته می‌شوند مکانیسم‌های بیولوژیکی که در پویایی و حرکت جانوران نقش دارند هدف بازسازی و تقلید قرار می‌گیرند تا بر اشکالاتی که عملکردهای حرکتی روبات‌ها یا وسایل نقلیه را مختل می‌کنند چیره شوند.
ماهی روباتیک می‌تواند با استفاده از مکانیسمی که شبیه به مکانیسم قایق پارویی است در آب بچرخد. به بیانی دقیق‌تر، باله‌های سینه‌ای آن در جهات متضاد حرکت می‌کنند که در نتیجه آن «نیروی پسار» (drag)به‌وجود می‌آید.در دینامیک سیالات نیروهایی که مانع از حرکت اجسام در سیالات می‌شوند نیروی پسار نام دارند. نیروی پسار ایجاد شده توسط حرکت باله‌های روبات سپس به شکل نیروی گشتاوری انباشته می‌شود و آن را هدایت می‌کند. مکانیسم پارویی مانند حرکتی است که در بسیاری از جانوران دریازی حین شکار طعمه و غذا خوردن دیده می‌شود.
ماهی روباتیک خودران در آینده کاربردهای گسترده‌ای خواهد داشت. برای مثال، می‌تواند برای پایش سواحل و معاینه زیرساختارها و سازه‌های بخش‌های ساحلی دریا مورد استفاده قرار گیرد. همچنین می‌تواند از سایت‌های باستان‌شناختی یا محیط‌های حساس دریایی داده جمع‌آوری کند.

code