انقلاب رباتیک با مهندسی الهام از طبیعت؛ دلفین‌های آهنی از راه رسیدند!

به گزارش خبرنگار دانشگاه و فناوری خبرگزاری دانشجو، در سال‌های اخیر، رقابت جهانی برای توسعه سامانه‌های زیرسطحی بدون سرنشین وارد مرحله‌ای تازه شده است؛ مرحله‌ای که دیگر تنها بر قدرت موتور و تسلیحات تمرکز ندارد، بلکه «زیست‌الهام‌گیری» (Biomimicry) به محور اصلی طراحی تبدیل شده است.

در این میان، پروژه‌های دانشگاهی و نظامی مرتبط با «دلفین رباتیک» توجه گسترده‌ای را به خود جلب کرده‌اند؛ سامانه‌هایی که با الگوبرداری از ساختار حرکتی پستانداران دریایی، تلاش می‌کنند نسل جدیدی از پهپادهای زیرآبی فوق‌هوشمند را شکل دهند.

مهندسی الهام‌گرفته از طبیعت

بررسی مدل‌های دینامیکی منتشرشده در پژوهش‌های دانشگاهی نشان می‌دهد که دلفین، از نظر هیدرودینامیکی، یکی از کامل‌ترین موجودات برای حرکت در آب است.

بدنه آیرودینامیک، انعطاف ستون حرکتی، و سیستم تولید نیروی نوسانی باعث می‌شود دلفین‌ها با حداقل مصرف انرژی، سرعت و مانورپذیری بالایی داشته باشند.

همین ویژگی‌ها موجب شده آزمایشگاه‌های رباتیک دریایی در آمریکا، چین، اروپا و کره جنوبی پروژه‌های متعددی روی «Robotic Dolphin» تعریف کنند.

مطالعات دانشگاهی نشان می‌دهد:

الگوی حرکت موجی دم دلفین راندمان بسیار بالاتری نسبت به پروانه‌های کلاسیک دارد

نویز صوتی این نوع حرکت کمتر است و شناسایی سوناری را دشوارتر می‌کند

سامانه‌های بیومیمتیک می‌توانند در محیط‌های پیچیده زیرآبی عملکرد پایدارتری داشته باشند

نسل جدید ربات‌های زیرسطحی، با هدف تحقیق، ارزیبای محیط و مشاهده اعماق دریا ساخته می‌شوند، برخی از تحقیقات دانشگاهی بر اساس تحلیل پروژه‌های رباتیک دریایی قدم‌های خوبی به سمت تحقق این رؤیا برداشته‌اند، مانند:

GhostSwimmer

Manta Ray

Orca XLUUV

Ghost Shark

در سال‌های اخیر جهان به‌سمت نسل تازه‌ای از سامانه‌های زیرآبی حرکت می‌کند که ویژگی‌های زیر را دارند:

1. پنهانکاری صوتی

زیردریایی‌های کلاسیک به‌دلیل استفاده از ملخ و موتورهای بزرگ، امضای صوتی قابل ردیابی دارند.

اما سامانه‌های زیستی-الهام با تقلید حرکت موجودات دریایی، نویز بسیار کمتری تولید می‌کنند.

این موضوع در جنگ‌های آینده اهمیت حیاتی دارد؛ زیرا میدان نبرد دریایی بیش از هر زمان دیگری وابسته به سونار و هوش مصنوعی است.

2. هوش مصنوعی خودمختار

نسل جدید دلفین‌های رباتیک تنها وسیله‌ای برای کنترل از راه دور نیستند.

آن‌ها به سمت شیوه نوین «Autonomous Underwater Vehicles» حرکت می‌کنند؛ یعنی سامانه‌هایی که می‌توانند:

مسیر خود را تحلیل کنند

تهدیدات را تشخیص دهند

نقشه‌برداری انجام دهند

و حتی تصمیم‌گیری تاکتیکی اولیه داشته باشند

در برخی مدل‌های دانشگاهی، شبکه‌های عصبی برای تحلیل جریان آب و اصلاح رفتار حرکتی استفاده شده است.

3. مصرف انرژی پایین

یکی از مهم‌ترین مزیت‌های طراحی بیومیمتیک، کاهش مصرف انرژی است.

مدل‌های تحلیلی دانشگاهی نشان می‌دهد حرکت موجی بدن و دم، نسبت به پیشران‌های کلاسیک، راندمان بالاتری ایجاد می‌کند.

این ویژگی به شهپاد(شناور هدایت‌پذیر از دور) اجازه می‌دهد:

مدت بیشتری زیر آب بماند

برد عملیاتی بیشتری داشته باشد

و نیاز کمتری به شارژ یا بازگشت داشته باشد

نکته جالب توجه در این طراحی، عدم استفاده از موتورهای پیشران معمولی است، یعنی ربات با حرکات طبیعی شنا کرده و حرکت می‌کند

اما چرا دلفین انتخاب شد؟

دلفین‌ها تنها سریع نیستند؛ آن‌ها دارای سیستم پیچیده درک محیطی هستند. توانایی استفاده از پژواک‌یابی (Echolocation) الهام‌بخش توسعه نسل جدید حسگرهای سوناری شده است.

برخی پروژه‌های تحقیقاتی تلاش می‌کنند:

سونارهای چندلایه شبیه مغز دلفین طراحی کنند

تحلیل لحظه‌ای محیط را با AI ترکیب کنند

و سامانه‌هایی بسازند که در آب‌های شلوغ و پیچیده نیز دقت بالایی داشته باشند

امروزه حفاظت از خطوط انتقال انرژی، امنیت کابل‌های اینترنت زیردریایی، رصد ناوگان دشمن و کنترل تنگه‌های راهبردی به اولویت اصلی قدرت‌های دریایی تبدیل شده است.

در چنین فضایی، سامانه‌های رباتیک الهام‌گرفته از دلفین می‌توانند نقش «نگهبانان هوشمند دریا» را ایفا کنند.

دلفین رباتیک، دیگر صرفاً یک ایده علمی‌تخیلی نیست. ترکیب بیومکانیک، هوش مصنوعی، مواد پیشرفته و سامانه‌های خودمختار باعث شده جهان وارد عصر تازه‌ای از فناوری زیرسطحی شود.

اگر روند فعلی ادامه پیدا کند، در دهه آینده احتمالاً شاهد ربات‌هایی خواهیم بود که مثل موجودات زنده حرکت می‌کنند، مثل رایانه فکر می‌کنند و بدون حضور انسان، مأموریت‌های پیچیده دریایی را اجرا خواهند کرد.