Роботска риба

Робот-рибата е вид на бионички робот кој по својот облик и движење наликува на жива риба. Повеќето робот-риби се дизајнирани за да ги имитираат живите риби кои користат ''погон на телесно-каудална перка'' и можат да се поделат во три категории: ''дизајн со еден зглоб'', ''дизајн со повеќе зглобови'' и ''дизајн со „меко тело“ базиран на паметни материјали.''
По објавувањето на истражувањето за овие роботски риби во 1989 година, објавени се над 400 статии за нив. Врз основа на овие извештаи, изградени се околу 40 видови на роботски риби, од кои 30 дизајни имаат само можност да се превртуваат и лебдат во вода. Унапредувањето на нината контрола и навигација, овозможувајќи им да комуницираат со нивната околина, патуваат по одредена патека и да реагираат на команди, се најважните делови од развојот на роботските риби.
1 Дизајн
Роботските риба се составена од три дела:
# Аеродинамична глава - често е изработена од цврст пластичен материјал и ги содржи сите контролни единици, вклучувајќи модул за безжична комуникација, батерии и процесор за сигнали;
# Тело - може да биде направено од повеќе споени сегменти, кои се поврзани со ''сервомотори'';
# Опашката е поврзана со зглобови и управувана од мотор обезбедува движечка сила.
1.1 Инспирација за дизајн
Функционалниот дизајн е главната точка на која се фокусираат инженерите. На пример, дизајнерите се обидуваат да создадат роботи со флексибилни тела кои можат да покажуваат брановидно движење. Со помош на овој вид на тело, на самата роботската риба ѝ се овозможува да плива на начин кој е сличен на начинот на кој пливаат живите риби. Првата роботска риба била дизајнирана со цел да ја имитира структурата и динамичките својства на туната. Системите за контрола на роботските риби се способни да го контролираат телото и опашната перка, давајќи им движење слично на бранови.
Со цел движењето на роботските риби да биде контролирано, истражувачите го проучуваат обликот, динамичкиот модел и страничните движења на роботската опашка. Една од многуте форми на роботска опашка е во облик на полумесечина. Некои студии покажуваат дека овој вид на опашка ја зголемува брзината на пливање и создава високоефикасна роботска риба.
Задната опашка создава сила на потисок и со тоа таа е еден од најважните делови на роботската риба. Живите риби имаат моќни мускули кои ги генерираат страничните движења додека главата останува во релативно неподвижна состојба. При развивање на движењето на роботската риба, истражувачите главно се фокусирале на кинематиката на опашката.
1.2 Контрола
Облиците и големините на перките кај живите риби значително се разликуваат, но сите служат за постигнување ефикасен погон низ водата. За да можат роботските риби да достигнат слична брзина и маневрирачка способност, потребни им се повеќе контролни површини. Перформансите на погонот зависат од нивната положба, подвижност и хидродинамички својства.
Клучот за управување со роботска риба со повеќе зглобови е создавање едноставен механизам кој овозможува доволно контрола. При дизајнирањето мора да се земат предвид страничните движења на телото, кинематичките и анатомските податоци. Кога се моделира риба од типот BCF (body–caudal fin), бранот што се создава долж телото на роботската риба треба да имитира движења на вистинска риба. Овој вид контрола мора да биде дискретна и параметризирана за различни „одења“ при пливање. Одржувањето стабилност е предизвик, а преминувањето од еден во друг режим на пливање често е сложено.
За регулирање на ваквите движења се користи централен нервен систем наречен „генератор на централни шеми“ (CPG). Секој сегмент содржи CPG кој ги поврзува и стимулира мускулите што се собираат или се растегнуваат. Големиот мозок, како најпреден дел, ги контролира сигналите за започнување, запирање и свртување. Откако ќе се воспостави стабилно движење, сигналот од мозокот престанува, а CPG продолжува да создава и модулира шеми на движење.
Слично како кај живите риби, и кај роботските риби невронските мрежи играат клучна улога во контролата. Во дизајнот на бионските мрежи постојат неколку важни точки:
* Бионскиот пропелер користи еден сервомотор за управување со зглоб, додека кај вистинските риби секој зглоб има две групи мускули.
* Во секој сегмент може да се имплементира еден CPG за контрола на соодветниот зглоб.
* Дискретен компјутерски модел ги заменува континуираните биолошки ткива.
* Времето на застој во поврзувањето меѓу невроните го одредува фазниот застој меѓу сегментите, што е неопходно за правилно движење.
Со ваков пристап, роботските риби можат да постигнат движења што многу наликуваат на оние кај живите риби, овозможувајќи им стабилност, брзина и реалистично однесување во вода.
2 Употреба
2.1 Проучување на однесувањето на рибите
Роботите користат конзистентни стимули за тестирање на хипотези, избегнувајќи дресура и употреба на големи животни. Контролираните машини можат да изгледаат, звучат, па дури и да мирисаат како животни. Со користење на роботи наместо живи животни можеме да стекнеме појасна слика за нивното однесување. Причината е што роботите овозможуваат постојани и повторливи реакции, што создава услови за прецизно набљудување и анализа на одредени модели на движење и однесување.
2.2 Играчки
Истоимените играчки денес се едни од најпопуларните играчки на пазарот. Претежно се користат за забава, но дел од нив се користат и за истражување и проучување на нови нешта. Роботските риби се поделени во две групи: автоматски крстаречки риби и риби со контролирано движење.
Во состав на наједноставните модели влегуваат меко тело, мотор кој ја движи опашката и глава со основен електричен контролен елемент. Користат батерија за напојување, а со помош на далечинско управување го контролираат движењето.
Технологијата е многу понапредна кај посложените модели. Покрај тоа што се целосно автоматизирани, тие можат и да симулираат однесување на вистински риби. На пример, ако во водата се внесе туѓ предмет, роботската риба ќе реагира со движење слично на природна риба – ќе се оддалечи од предметот, ќе ја зголеми брзината на пливање и ќе покаже состојба на шок и конфузија. Овој тип на однесување е однапред програмиран со една цел - да изгледа што е можно пореалистично.
2.3 Образование
Освен нивните огромни потенцијали за истражување, роботските риби покажуваат и многу можности за ангажирање на студентите и пошироката јавност. Роботските риби наоѓаат примена како помошни образовни алатки низ целиот свет. На дел од настаните кои се организираат за промовирање на овие риби, покрај тоа што посетителите имаат можност да ја видат роботската риба во акција, туку имаат можност и да комуницираат со членовите на лабораторијата со цел да ја разберат технологијата и нејзините примени.