Без труда не сделаешь рыбу-робота

Европейские исследователи создали робота, который обладает боковой линией — уникальным органом чувств у рыб. Благодаря этому подводная робототехника выходит на совершенно новый уровень развития.

Одна из отличительных черт рыб (а также личинок земноводных) — это наличие уникального органа чувств — боковой линии. Рецепторы боковой линии называются невромастами, каждый из них состоит из группы волосковых клеток, находящихся на коже животного или под ней в каналах. Эти клетки способны воспринимать колебания волн, лежащих в низкочастотном диапазоне, и отслеживать распределение давления и поля скоростей в воде. Такая сейсмосенсорная система принимает участие в самых важных формах поведения: питании, размножении, защитном и миграционном поведении. Совершенно слепые пещерные рыбы вообще ориентируются только благодаря боковой линии, а зрячие полагаются на нее в полной темноте. Боковая линия помогает рыбам уловить мельчайшие колебания воды и понять, где добыча, а бычки с ее помощью могут находить источник колебаний даже в донном субстрате.

Вот бы научить робота чувствовать себя «как рыба в воде», подумала четыре года назад  профессор робототехники Мааря Круусмаа из Таллинского Технологического университета и собрала международную команду исследователей FILOSE (Robotic FIsh LOcomotion and Sensing — Локомоция и восприятие рыбы робота),  в которую вошли специалисты из Эстонии, Латвии, Италии и Великобритании. Перед командой стояла цель: создать рыбу-робота, которая могла бы полностью имитировать те движения, что совершает рыба. Но для этого рыба-робот должна обладать боковой линией. Оказалось, что наличие такого сенсора выводит подводную робототехнику на принципиально новый уровень, так как обращает недостатки в преимущества.

«При управлении моделями изменения движения воды считались в робототехнике помехой, которая сбивает модели с курса. А мы показали, что потоки и колебания воды являются не помехой, а источником информации, которая позволяет лучше контролировать робота. Если мы поймем динамику движения воды, то такие колебания могут быть и источником энергии для подводного объекта», - рассказывает Круусмаа.

Дело в том, что робот способен экономить энергию, находя благоприятные места в потоке. Он обнаруживает направление потока, может плыть против течения или напротив, держаться в нем, чтобы двигаться с его скоростью так же, как это делают рыбы или автомобилисты, пристраиваясь в гонке за лидером. А недолговечность элементов питания для автономных подводных аппаратов — одна из важных проблем.

Прообразом рыбы-робота стала радужная форель — ее форму и размеры тела (около 50 см в длину) имеет и силиконово-электронный робот, вдоль тела которого расположены крохотные  искусственные датчики для контроля перепадов давления воды при движении.  Так как мы не обладаем подобным чувством, то даже не имеем подходящего слова, чтобы описать то, что по идее должна чувствовать рыба.Исследователи придумали новый термин - «flowscape» (от английских слов flow – течение и  scape – пейзаж) для описания тех изменений, которые ощущает рыба при помощи боковой линии.

Эксперименты с течением показали, что рыба-робот может экономить энергию путем нахождения энергетически благоприятных участков в потоке воды или занимать такое положение, что возникающие водяные вихри помогают толкать робота вперед. Роботы также могут плыть против течения или дрейфовать.  

Кроме боковой линии, рыба-робот имеет и другие сенсоры: она умеет измерять температуру воды, определять ее химический состав и другие параметры. В будущем таких роботов планируется использовать для мониторинга самых различных водоемов, лишь настроив необходимые параметры под определенные условия.

Рыба-робот могла бы также пригодиться ученым в качестве лабораторного животного. Это, кстати, сегодня весьма перспективная тема в робототехнике. Не так давно японские инженеры создали  робокрысу, которая помогает моделировать различные ситуации в опытах с настоящими крысами. Вот и роботизированная рыба, умеющая двигаться как настоящая, поможет в изучении поведения и физиологии обитателей подводного мира, считают ученые.