Drona care se scufundă și sare din apă ca să zboare

January 2017

Drona care se comportă și ca o pasăre (Corbul de Mare Alb) și ca un pește zburător (Rândunica de Mare)

Cercetătorii de la Imperial College din Londra au realizat, în cadrul unui proiect nou, un aparat cu aripi care, pe lângă că poate zbura, se scufundă în apă iar apoi se relansează la suprafață și continuă zborul. Cu un asemenea robot, aerian și subacvatic, se vor obține informații după dezastrele naturale sau despre starea de sănătate a apelor, în timp scurt și la costuri reduse. Imperial College London este o universitate publică din Regatul Unit, specializată în știință, inginerie, medicină și afaceri. Campusul principal, Imperial, este situat în centrul Londrei. Cu ocazia comemorării centenarului, pe 9 iulie 2007, a devenit complet independentă, până la acea dată făcând parte din University of London. De cele mai multe ori, dronele subacvatice au anumite limitări privind condițiile pe care trebuie să le îndeplinească pentru a sta în imersiune. Aquatic Micro Air Vehicle (AquaMAV), cum este numit neobișnuitul robot, care a avut ca izvor de inspirație plonjarea și scufundarea unor păsări marine, poate colecta probe de apă de la adâncime, înainte de a apărea la suprafață și de a relua zborul. De la punctul de lansare de sub apă, drona poate porni cu o viteză de aproximativ 30 de noduri (peste 55 km/h), o impresionantă explozie de înaintare. „Design-ul unui astfel de vehicul este o provocare, din cauză că implică compromisuri semnificative pentru proiectarea propulsiei și a structurii, la condițiile de operare în cele două fluide”, se arată pe site-ul www.imperial.ac.uk. Cel mai recent prototip AquaMAV este o aeronavă cu aripă fixă (fixed wing), în greutate de  200 de grame, care își reconfigurează poziția aripilor „pentru a se arunca cu capul în apă, din zbor”. Capacitatea bateriei este suficient de mare pentru a asigura un timp de zbor prin aer de 14 minute, la o viteză de 10 m/s, ceea ce corespunde unui parcurs de 5 km, distanță pe care o poate străbate ca să plonjeze și să se întoarcă la bază, cu proba de apă colectată. Tranziția între cele două medii, aer și apă (gaz și lichid), se face rapid și sigur, au susținut creatorii AquaMAV, Mirko Kovac și Rob Siddall, conform site-ului de informații, articole, editoriale și noutăți, din Statele Unite și din întreaga lume, din tehnologie, servicii și produse electronice de larg consum, Digital Trends (Designtechnica Corporation), care are sedii în Portland, Oregon și New York City. Realizarea acestui hibrid acvatic, care se scufundă ca un Corb de Mare Alb și sare din apă ca un Pește Zburător, „a fost necesară definirea unor noi principii științifice, pentru mobilitate în aer și în apă”, scrie www.digitaltrends.com. Cele două animale, care stau la baza conceptului AquaMAV, dispun de această rară abilitate.

Corbul de Mare Alb (Sula bassana sau Morus bassanus), înălțime 90 de cm, este cea mai mare pasăre de mare din familia Slidae și trăiește într-un număr de 20-30 de colonii, cu un total de aproape 100.000 de capete, din nordul Oceanului Atlantic pînă la Cercul polar. Au trupul îndesat, ciocul ascuțit, aripile cu vârf tăios și lung, pescuiesc căzând „în picaj” de la 30-40 m înălțime, o distanță mai mare decât a oricărei altei păsări care-și procură hrana în acest mod. Pentru amortizarea șocului cu apa, au o „saltea” formată din saci cu aer, sub pielea pieptului. Tehnica de pescuit este spectaculoasă, planează deasupra apei și, cum văd o pradă, coboară „în picaj”, cu aripile pe jumătate strânse.

Peştii Zburători (familia Exocoetidae; Rândunica de Mare – Exocetes Volitans și Cypsilurus) sunt capabili să străbată, planând prin aer, distanţe de până la 400-500 m, în 30 de secunde, atingând viteze de peste 70 km/h, probabil în încercarea de a scăpa de atacul unor prădători. Trăiesc în ape tropicale şi subtropicale, sunt adaptaţi la apele oceanice calde şi nu pot zbura la temperaturi mai mici de 20 de grade Celsius, datorită unor limitări ale funcţiei muşchilor. Peștele zburător nu bate aerul precum o pasăre ci mai degrabă planează. Sub apă, își mărește viteza spre suprafață având înotătoarele strânse pe lângă corpul aerodinamic. Când iese la suprafață își extinde „aripile” pectorale și abdominale (care sunt foarte dezvoltate) și câștigă viteza suplimentară mișcând rapid înotătoarea codală care se află încă sub apă. În momentul în care a ajuns la o viteză suficient de mare, se ridică din apă și planează la o înălțime de 1 metru deasupra apei pe distanțe mari. Poate plana de mai multe ori consecutiv, iar cel mai lung zbor a fost cronometrat la 43 de secunde. Acest mijloc de adaptare explică rezistența și conservarea speciei timp de zeci de milioane de ani. Se bănuiește că sar din apă pentru a scapa de peștii prădători însă, în momentul în care se află deasupra apei sunt vulnerabili în fața prădătorilor din aer (de ex. albatroși). Acești pești ajung frecvent pe punțile navelor, mai ales noaptea, când sunt atrași de lumină.

În natură, mai multe animale au oferit diferite soluții de proiectare. Drona rezultată în urma studierii acestor două specii este la fel de performantă deasupra apei cât și sub apă, atât în aer cât și sub linia de plutire. În general, dronele subacvatice (UUV – Unmanned Underwater Vehicle) se deplasează mai lent, au o mișcare mai greoaie, față de cele aeriene (UAV – Unmanned Aerial Vehicle) și, în consecință, ajung mai greu la zonele de interes. Dacă, pentru a ajunge în zonele unde trebuie făcute observații, inspecții subacvatice sau de unde trebuie prelevate probe, se parcurge o parte importantă prin aer, în zbor, se poate reduce substanțial timpul necesar operațiunii. AquaMAV este prima dronă cu aripă fixă cu o „strategie” unică de scufundare și de relansare în aer pentru zbor. Pentru a realiza acest lucru, cercetătorii conduși de Rob Siddall, Alejandro Ortega și Mirko Kovac după cum scrie www.imperial.ac.uk, nu s-au putut baza pe abordările existente și a fost nevoie să fie dezvoltate noi tehnici, pentru ca unele părți ale robotului să devină multi-funcționele.

„De exemplu, mecanismul de pliere a aripilor poate fi folosit pentru a le proteja la impactul cu apa și, de asemenea, să inițieze manevrele dinamice pentru zbor. Soluția trebuie să fie integratoare, trebuie să rezolvăm cerințele de proiectare ale unei drone subacvatice, fără a le compromite pe cele ale unei drone aeriene, și invers”. De exemplu, a trebuit asigurată etanșeitatea la apă și flotabilitatea, fără ca aparatul să devină greu pentru zbor. Reprezentanții grupului de cercetători au declarat, „Noi vedem că AquaMAV poate aduna probe de apă din zone greu accesibile mult mai ușor, fără a fi nevoie de o ambarcațiune cu echipaj, de exemplu”. Cu toate acestea, mai sunt încă o mulțime de lucruri de făcut. Robotul prezentat a fost primul prototip funcțional. „În lunile următoare vom face teste extinse pe teren, precum și examinarea diferitelor sarcini utile și senzori, astfel încât să realizăm o lansare în viitorul apropiat”.

Tags