Estudantes de engenharia mecânica se desafiaram a fazer um peixe robótico que não apenas nadasse como um peixe de verdade, mas parece a parte também, demonstrando as possibilidades inerentes à robótica leve.

Quando os humanos conceberam os robôs pela primeira vez, eles eram desajeitados, feito de folhas de alumínio e aço que os impedia de se mover com fluidez. Mesmo à distância, não havia chance de confundir um robô com um humano - ou qualquer outro tipo de criatura viva.

Usando modelagem de projeto auxiliado por computador (CAD), uma equipe de alunos engenheiros, trabalhando com a Dra. Satyandra K. Gupta, Smith International Professor em Engenharia Mecânica e presidente associado do Departamento de Engenharia Aeroespacial e Mecânica, se esforçou para avançar nas aplicações da robótica criando um peixe robótico macio que, De uma distância, seria confundido com um real.

O Peixe, chamado SCI-FI BOT (Sarasa Comet Inspired Fish Robot), foi modelado após o Sarasa Comet Goldfish. "É um peixe super comum, especialmente na América. Isso tornará mais fácil estudar os peixes e seus movimentos, e torná-lo o mais realista possível, "disse Mishaal Parekh, um estudante do segundo ano da USC Viterbi.

Essa realidade foi alcançada passo a passo por menos de US $ 200, por meio do trabalho árduo de dois grupos de alunos de graduação e pós-graduação em engenharia mecânica. Lançado no verão de 2018 com uma equipe inicial de dois alunos - Aniruddha Shembekar e Rohil Aggarwal - que deram ao peixe seus elementos rudimentares, o peixe ganhou seu intuitivo, movimento realista e olhar através do trabalho de uma segunda equipe, ao longo do último semestre. A segunda equipe incluiu Manish Shastrakar, Yilun Yu, ChienTzai Chen, Mishaal Parekh, e Jonathan Wilson.

"Muitos já tentaram criar peixes robóticos antes, mas se você olhar para as capacidades de um peixe real, as versões robóticas não são muito capazes. O principal objetivo deste projeto era integrar elementos como uma câmera, enquanto assegurava que o peixe tivesse uma flexibilidade, corpo exterior realista e imitou o movimento real de um Sarasa Cometa Goldfish, "disse Manish Shastrakar, um aluno do segundo ano de mestrado e líder de equipe.

Aparência

O SCI-FI BOT não adquiria sua boa aparência facilmente. O processo começou com a pesquisa de materiais que emulariam as capacidades da pele de peixe real. A equipe entrou em contato com impressoras 3D, Contudo, não conseguiram encontrar uma solução que fosse econômica na impressão de capas que pudessem integrar cor e textura perfeitamente. Passando para o plano B, a equipe usou moldes que eles encheram com silicone - que é flexível e extensível - para criar o corpo externo do peixe. Posteriormente, eles aprimoraram essa "pele" com tinta para replicar a cor e as escamas esperadas em um peixe dourado cometa da Sarasa.

Movimento

Como você faz um robô se mover como um peixe real? Você estuda a versão real de todos os ângulos, em diferentes ambientes, que é exatamente o que esta equipe fez. Enquanto os peixes empregam vários tipos diferentes de locomoção, a equipe de alunos optou por se concentrar no subcarangiforme. Isso significa, conforme a cauda se move, você verá o movimento até a cabeça do peixe. Usualmente, isso indica que o corpo do peixe é mais rígido, dando ao peixe velocidade enquanto controla as manobras, como voltas, são reduzidos. Do ponto de vista do design, isso está perfeitamente alinhado com as peças mais rígidas do corpo, que foram impressos em 3D. Isso também significava que um número menor de servo motores - motores acoplados a sensores para permitir o controle preciso do posicionamento - eram necessários para imitar esse tipo de movimento no modelo.

Para aperfeiçoar o movimento do BOT SCI-FI, a equipe mediu o ângulo das partes de seu corpo em relação ao seu próprio eixo longitudinal quando o peixe estava em movimento. Servo motores foram colocados em cada um desses pontos de rotação.

Em busca de desafios

Com o desejo de ganhar experiência prática em robótica, um campo que oferece crescimento contínuo e oportunidades profissionais interessantes, alunos procuraram Gupta, Diretor do Centro de Manufatura Avançada (CAM) (onde os alunos construíram o peixe), para um projeto que os envolveria e os desafiaria.

“Fazer um peixe não é uma tarefa fácil, porque você tem que ser específico sobre o movimento e a forma e lidar com as restrições de espaço, "disse Yulin Yu, um aluno do segundo ano de mestrado. "Um peixe robótico, em particular, oferece a oportunidade de superar desafios que variam de design de software a circuitos elétricos e design mecânico a estética. Tudo isso mais o peixe tem que trabalhar debaixo d'água. "

A equipe SCI-FI BOT superou muitos desses desafios, estendendo a vida da bateria das iterações anteriores em dobro (agora uma hora) e garantindo que o carregamento poderia ocorrer sem fio. A seguir:trabalhar no controle de profundidade e dar autonomia ao peixe - a capacidade de ir do ponto A ao B por conta própria.

Enquanto isso, os alunos também aprenderam lições valiosas sobre como trabalhar nas trincheiras. "O que aprendi foi a ser um pau para toda obra. Desde o contato com fornecedores de pele de peixe até a criação do modelo CAD e a edição do vídeo do nosso trabalho, "disse Parekh.

Underwater Insights

Soft robots are a growing field, as they are viewed to be safer and easier to maneuver than hard robots. Ao mesmo tempo, soft robots have a closer likeness to human and animal bodies, allowing them to more easily blend in.

A robotic fish, em particular, could be used to study marine life. Biologists, who have in the past been limited by tools that disturb marine life with their presence, will be better able to see, up close, how fish behave and communicate with each other using robots like SCI-FI BOT.

"It's unobtrusive, so it's easier to get a natural look at what is going on in the ocean, " said Parekh.

Além disso, what we learn could help us in improving how we ourselves navigate bodies of water.

"From a research perspective, the more closely you can replicate the fish, the better we can learn about how fish swim—gaining understanding of their efficiencies. How do they conserve energy or deal with the current? We can use this to help us design underwater vehicles, " said Gupta.

Por enquanto, SCI-FI BOT continues practicing laps at the surface.