Инженеры создали мягкую роботизированную рыбу, которая разгоняется примерно до 26 см/с и при этом свободно меняет глубину и направление движения. Робот может поворачивать, нырять, всплывать и подниматься по спирали, хотя высокая скорость и хорошая маневренность обычно плохо уживаются в одном гибком корпусе.
Проблема хорошо знакома разработчикам мягкой робототехники. Чем легче корпус гнётся, тем проще заставить машину повторять движения живого существа, но часть энергии уходит на бесполезные деформации. Если сделать конструкцию жёстче, тяга растёт, зато робот теряет часть подвижности.
Авторы новой работы обошли этот компромисс с помощью электрогидравлического привода и нескольких жёстких участков внутри гибкого корпуса. Два приводных блока поочерёдно изгибают хвост в разные стороны, примерно как мышцы настоящей рыбы. Жёсткие элементы направляют изгиб туда, где он помогает движению, и не дают корпусу напрасно сминаться.
На испытаниях роборыба развила скорость 2,13 длины собственного тела в секунду, или около 26 см/с. Авторы называют результат рекордным среди мягких роботов, которые плывут за счёт изгибов тела и хвостового плавника. Минимальные затраты энергии на перемещение составили 9,4 Дж/(кг·м).
Одного быстрого хвоста для полноценного движения под водой оказалось мало. Чтобы робот мог нырять и всплывать, инженеры добавили искусственный аналог плавательного пузыря. Внутри системы жидкость превращается в газ и обратно, меняя плавучесть отдельных частей корпуса. Из-за перераспределения подъёмной силы рыба наклоняется вверх или вниз без рулей и сложного набора механических приводов.
Механизм позволяет менять продольный наклон корпуса в диапазоне от -20° до 58°. Хвост одновременно толкает машину вперёд, поэтому роборыба способна не просто держаться на выбранной глубине, но и строить полноценные трёхмерные траектории. Во время испытаний аппарат плыл прямо, проходил S-образные участки, поворачивал, погружался, всплывал и поднимался по спирали.
Способность копировать движения животных давно привлекает разработчиков подводных роботов: гибкий корпус помогает маневрировать в тесном пространстве и двигаться более плавно, чем многие аппараты с обычными винтами. Новая конструкция показывает, что ради гибкости необязательно сильно жертвовать скоростью.
Авторы рассчитывают, что похожий принцип пригодится роботам для наблюдения за подводной средой и исследования труднодоступных участков. Пока разработчики показали экспериментальный аппарат, поэтому о готовой машине для работы в море речь не идёт.