A barbatana mecânica inspirada no atum pode aumentar a energia do drone subaquático

Crescendo na Espanha, Cecilia Huertas Cerdeira foi cativada pelos elegantes movimentos da vida aquática durante férias frequentes na costa atlântica. Mais tarde, como estudante de doutorado no Instituto de Tecnologia da Califórnia, ela dirigiu a prancha de surf para ondas do Pacífico.

Agora, professora assistente de engenharia mecânica da Universidade de Maryland, ela mantém esse foco oceânico enquanto trabalha para melhorar os drones subaquáticos, que progrediram nos últimos anos, mas não têm a velocidade e a agilidade de seus primos no ar. Huertas Cerdeira planeja ajudá -los a alcançá -los.

Ela lançou um projeto para construir um veículo subaquático não tripulado (UUV) alimentado por uma barbatana robótica. Modelado após a barbatana traseira de um atum, a réplica impulsionará o drone a águas profundas com mais rapidez e manobrabilidade do que as versões atuais.

“Estou inspirando -me em nadadores biológicos que evoluíram ao longo de milhões de anos e podem se mover com mais eficiência do que qualquer coisa com uma hélice rotativa”, disse Huertas Cerdeira. “Não podemos construir um peixe. Mas podemos construir um robô que se move como um peixe e otimize -o”.

O projeto é baseado em um artigo de pesquisa cowritten por Huertas Cerdeira e recentemente publicado em Relatórios científicos.

Sua equipe de pesquisa pretende construir a barbatana e testá -la em um túnel de água no Laboratório de Hidrodinâmica da UMD até o final do ano. Depois que o drone estiver concluído, esperançosamente em dois ou três anos, eles realizarão testes no Laboratório de Inovação e Exploração de Pesquisa de Pesquisa de Pesquisa e Exploração de Maryland, no sul de Maryland.

A pesquisa de Huertas Cerdeira se encaixa no aumento da dependência global de UUVs para tarefas que seriam muito caras ou perigosas para as equipes de submarinos. Os drones subaquáticos são mais baratos para construir e operar e cutucam recanies aquáticos de maneiras únicas, fotografando tubos de óleo com vazamentos, medindo temperaturas da plataforma de gelo polar, limpando o desperdício, estudando a vida marinha e conduzindo tarefas militares como explodir minas.

Mas, muitas vezes, suas viagens não são suaves nem rápidas. Os propulsores da UUV convencionais se projetam de lado, reduzindo a folga e aumentando o arrasto, enquanto os motores de zumbido podem assustar peixes ou soprar a cobertura de militares furtivos.

“Os drones aéreos estão cerca de uma década à frente de seus colegas marítimos”, disse Rob Nicholson, oficial de oceanografia da Reserva da Marinha e cientista afiliado da Universidade de Delaware, especializada no que é comumente chamado de “Blue Tech”. O setor de Departamento de Defesa e Petróleo e Gás tem sido os primeiros investidores em UUVs, disse ele, mas “à medida que os desenvolvedores comerciais continuam inovando, eles se voltarão cada vez mais para a academia, onde muitos novos avanços podem ocorrer”.

Os peixes estão silenciosos e simplificados, e Huertas Cerdeira está confiante de que uma versão mecânica manterá seu mesmo desempenho. Especialista em mecânica de fluidos, ela estuda como os objetos se dobram e se movem enquanto viajam pelo ar ou pela água. No início de sua carreira, ela se concentrou em turbinas eólicas antes de mudar sua atenção para os drones tradicionais e, mais recentemente, UUVs.

Através de seu trabalho, ela aprendeu que os peixes evoluíram para os mestres nadadores, redistribuindo a rigidez de suas barbatanas enquanto lutava pelas forças da água. À medida que eles batem, suas barbatanas mudam continuamente de forma, ficando flexíveis em uma área enquanto endurecendo em outros lugares-demonstrando uma fluidez que tem pouca semelhança com hélices passivas e bidimensionais.

Considerando as restrições dos drones subaquáticos modernos, Huertas Cerdeira se perguntou se poderia alimentar um com uma barbatana robótica que imita o uso do atum de distribuição de rigidez ao nadar. A equipe conseguiria isso equipando a barbatana com várias cáries que eles podem preencher com ar pressurizado e depois esgotar, imitando a dinâmica de um peixe.

“Existem muitas soluções muito legais que a natureza criou que nem sempre pensamos como engenheiros”, disse ela.

No geral, ela espera que o trabalho informe os futuros UUVs bio-inspirados e incentive as explorações aquáticas em todo o mundo. “Os sistemas de propulsão aprimorados podem ajudar a levar nossas atividades subaquáticas para o próximo nível”, disse ela.