Robot die opereert als duikvogel maakt maritiem onderzoek voordeliger

Onderzoekers van EPFL en MIT hebben een robot ontwikkeld die zowel door de lucht als onder water kan bewegen. De zogeheten Flapping-wing Aerial-Aquatic Vehicle (kortweg: FAAV), geïnspireerd op duikvogels zoals papegaaiduikers en futen, weegt minder dan 300 gram en combineert lucht- en watervoortstuwing zonder aparte propellers of aandrijfsystemen.

FAAV gebruikt één paar vleugels om te vliegen, te zwemmen en vanuit het water weer op te stijgen. Daarmee kan het dienen als een veelzijdige robot voor maritiem onderzoek en het monitoren van milieu gerelateerde zaken.

Voor het ontwerp bestudeerden de onderzoekers de vliegstijl van verschillende duikvogels. Op basis daarvan bepaalden zij onder meer de optimale vleugelfrequentie en vleugelgrootte. Verschillende tests in een waterbassin en in het Meer van Genève lieten zien dat de robot betrouwbaar kan zwemmen, door het wateroppervlak kan breken en vervolgens direct kan overgaan op een stabiele vlucht.

Fractie van de kosten

“Idealiter kunnen oceanografen, mariene biologen en kustgemeenschappen deze robot vanaf een boot of vanaf de kust activeren zodat het dicht bij het interessegebied kan vliegen. Dat kan van alles zijn: een ijsberg, een havenfaciliteit of een groep walvissen”, zegt hoofdauteur en voormalig EPFL-onderzoeker Raphael Zufferey. “FAAV zou het water in duiken om een meting te doen of een monster te verzamelen en dan terugvliegen om de data te leveren tegen een fractie van de kosten van traditionele methoden. Dat kan het steeds weer opnieuw doen.”

70 graden

Tijdens de experimenten bleek dat middelgrote vleugels de beste balans bieden tussen prestaties in water en in de lucht. De robot zwemt met een snelheid van bijna één meter per seconde en vliegt met ongeveer zes meter per seconde. Voor een succesvolle overgang naar de lucht moet het toestel onder een hoek van circa 70 graden uit het water komen, zodat de punten van de vleugels het wateroppervlak niet raken tijdens het opstijgen.

Opvallend is dat de robot zonder peddelbeweging uit het water kan opstijgen. Veel watervogels gebruiken hun poten om extra kracht te leveren bij het afzetten, maar de onderzoekers ontdekten dat een zorgvuldig afgestemde combinatie van vleugelslag, vleugelflexibiliteit en staartpositie voldoende is om deze stap zonder extra aandrijving te maken.