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新型水下機器人開創了節能浮力控制的先河

2024-05-14科技

萊斯大學工程專業的學生團隊建造了一種遠端操作的水下機器人,可以透過水分解燃料電池徹底改變浮力控制。該裝置提供了一種更節能的方式來保持中性浮力,這在水下作業中至關重要。

該機器人是基於燃料電池的浮力控制裝置 (BCD) 如何降低遠端操作或自主水下航行器 (AUV) 的營運成本的一個例子。該技術的潛在套用範圍從環境監測和海洋學研究到 軍事 和工業任務。透過為傳統推進器驅動的 AUV 提供更安靜、更節能的替代方案,該機器人為長期存在的問題提供了一個有希望的解決方案。

Bay-Max 團隊由 Andrew Bare、Spencer Darwall、Noah Elzner、Rafe Neathery、Ethan Peck 和 Dan Zislis 組成,他們的計畫基於萊斯大學和休斯頓大學研究人員撰寫的一篇學術論文。該論文表明,與傳統的基於直流電機的推進器設計相比,燃料電池驅動的深度控制可能會使 AUV 的能耗減少 85%。萊斯大學機械工程和生物工程教授 Fathi Ghorbel 是該研究的合著者,同時也是該團隊的贊助商。

Ghorbel 認為,這項新技術有很多潛在用途,例如 AUV、材料智慧、輔助可穿戴裝置,甚至自適應和可重新編程的機器人服裝和織物。

Bare 表示,這項技術最令人興奮的事情之一是它非常前沿,而且以前從未像這樣實施過。 Bare 和他的團隊很高興成為第一個在具有俯仰捲動和廣泛控制功能的裝置中使用這項技術的人。

傳統水下機器人 的高耗能推進器和泵的使用 一直是一個問題。然而,Neathery 找到了一種既創新又高效的解決方案。 BCD 中將可逆氫燃料電池與氣球結合在一起,可以最大限度地減少能源消耗,同時也使機器人能夠平穩地調整其深度。這種方法不僅具有成本效益,而且環保,使其成為傳統方法的絕佳替代品。

該機器人利用氫和氧之間的自然反應形成水,透過反向電解產生能量。該裝置還具有各種傳感器,可收集有關系統健康狀況以及機器人水下位置和方向的重要資訊。然後,該數據顯示在儀表板上,儀表板提供機器人位置、方向和 BCD 啟用狀態的即時更新。

參與該計畫的埃爾茲納提到,儀表板是他的主要職責。該設定可以即時監控機器人的深度和方向等。該機器人還具有自動穩定演算法和深度控制功能,可以使用視訊遊戲操縱桿手動覆蓋。達沃爾也是該計畫的一部份,他必須學習新軟體並深入研究控制理論才能實作這一目標。