تکنولوژی

دستگاه‌های زیر آب با الهام از زیست‌شناسی و الگوریتم‌های ازدحام برای وسایل نقلیه روباتیک

توسط

شناگران مواج خودکششی MIT

دستیار پروفسور ویم ون ریس و تیمش شبیه‌سازی‌هایی از شناگران راه راه خودکششی را توسعه دادند تا بهتر درک کنند که چگونه باله‌های ماهی‌مانند تغییر شکل‌پذیر می‌توانند نیروی محرکه را در دستگاه‌های زیر آب بهبود بخشند، که در نمای بالا در اینجا مشاهده می‌شود. منبع: عکس از آزمایشگاه MIT van Rees

اسطوره مهندسان و مکانیک‌های اقیانوس از پیشرفت‌های علم کامپیوتر برای مقابله با چالش‌های متعدد اقیانوس و بهره‌برداری از فرصت‌های آن بهره می‌برند.

کمتر محیطی به اندازه اقیانوس بی رحمانه وجود دارد. الگوهای آب و هوایی غیرقابل پیش بینی و محدودیت های حمل و نقل، بخش های بزرگی از اقیانوس را ناشناخته و در هاله ای از رمز و راز قرار داده است.

ویم ون ریس، استاد توسعه شغلی ABS در MIT می گوید: اقیانوس محیطی جذاب با چالش های فعلی بسیاری است، مانند میکروپلاستیک ها، شکوفه های جلبک ها، سفید شدن مرجان ها و افزایش دما. “در عین حال، اقیانوس فرصت های بی شماری را ارائه می دهد – از آبزی پروری گرفته تا برداشت انرژی و اکتشاف بسیاری از موجودات اقیانوسی که هنوز کشف نکرده ایم.”

مهندسان اقیانوس و مهندسان مکانیک مانند ون ریس از پیشرفت‌ها در علوم کامپیوتر علمی برای مقابله با چالش‌های متعدد اقیانوس و استفاده از پتانسیل آن بهره می‌برند. این محققان در حال توسعه فناوری‌هایی برای درک بهتر اقیانوس‌های ما و چگونگی حرکت موجودات و وسایل نقلیه مصنوعی در اطراف آن‌ها، از مقیاس خرد تا مقیاس کلان هستند.

شناگران مواج خودکششی

دستیار پروفسور ویم ون ریس و تیمش شبیه سازی هایی از شناگران تاب دار خودکششی را توسعه دادند تا بهتر درک کنند که چگونه باله های تغییر شکل پذیر ماهی مانند می توانند نیروی محرکه را در دستگاه های زیر آب که در اینجا به صورت دو ماهی در کنار هم دیده می شوند، بهبود بخشند. منبع: عکس از آزمایشگاه MIT van Rees

دستگاه های زیر آب با الهام از زیست شناسی

رقص پیچیده زمانی که ماهی از میان آب می پرد انجام می شود. باله های انعطاف پذیر در جریان آب تکان می خورند و دنباله ای از گرداب ها به جا می گذارند.

ماهی ها دارای ماهیچه های داخلی پیچیده ای هستند تا شکل بدن و باله هایشان را به خوبی تنظیم کنند. ون ریس توضیح می‌دهد که این به آن‌ها اجازه می‌دهد تا خود را به روش‌های مختلف به حرکت درآورند، بسیار فراتر از آنچه که هر وسیله‌ای که توسط انسان ساخته می‌شود از نظر مانورپذیری، چابکی یا سازگاری انجام دهد.

به گفته ون ریس، به لطف پیشرفت‌ها در تولید مواد افزودنی، تکنیک‌های بهینه‌سازی و یادگیری ماشینی، ما بیش از هر زمان دیگری به تکرار باله‌های ماهی انعطاف‌پذیر و تغییر شکل برای استفاده در رباتیک زیر آب نزدیک شده‌ایم. در نتیجه، نیاز بیشتری به درک این موضوع وجود دارد که چگونه این باله‌های نرم بر پیشرانه تأثیر می‌گذارند.

ون ریس و تیمش در حال توسعه و استفاده از روش‌های شبیه‌سازی عددی برای کشف فضای طراحی دستگاه‌های زیر آب هستند که درجه آزادی بیشتری دارند، مثلاً به دلیل تغییر شکل‌پذیری باله‌های ماهی‌مانند.

گرداب های جاری را در یک حلقه پیش بینی کنید

Abhinav Gupta و پروفسور Pierre Lermusiaux یک پلتفرم یادگیری ماشین جدید را برای جبران کمبود وضوح یا دقت در مدل‌های سیستم‌های پویا موجود توسعه دادند. ساختار آنها را می توان برای تعدادی از کاربردها استفاده کرد، از جمله پیش بینی بهبود یافته چرخش های جریان حلقه در اطراف سکوهای نفتی در خلیج مکزیک. منبع: عکس از آزمایشگاه MIT MSEAS

این شبیه‌سازی‌ها به تیم کمک می‌کند تا تعامل بین مکانیک سیالات و مکانیک ساختاری باله‌های ماهی نرم و انعطاف‌پذیر را که در جریان سیال حرکت می‌کنند، بهتر درک کنند. در نتیجه، آنها بهتر می توانند درک کنند که چگونه بدشکلی در شکل باله هایشان می تواند به عملکرد شنا آسیب برساند یا عملکرد شنا را بهبود بخشد. ون ریس می‌افزاید: «با توسعه تکنیک‌های عددی دقیق و پیاده‌سازی‌های موازی مقیاس‌پذیر، می‌توانیم از ابررایانه‌ها برای حل دقیق آنچه در این رابط بین جریان و ساختار اتفاق می‌افتد استفاده کنیم.

ون ریس با ترکیب الگوریتم‌های شبیه‌سازی سازه‌های زیرآبی انعطاف‌پذیر با تکنیک‌های بهینه‌سازی و یادگیری ماشینی، قصد دارد ابزاری خودکار برای طراحی نسل جدیدی از دستگاه‌های زیرآبی مستقل ایجاد کند. این ابزار می‌تواند به مهندسان و طراحان کمک کند، به‌عنوان مثال، باله‌های رباتیک و وسایل نقلیه زیردریایی را توسعه دهند که می‌توانند به‌طور هوشمند شکل خود را برای دستیابی بهتر به اهداف عملیاتی فوری خود تنظیم کنند – خواه در حال حرکت سریع‌تر و کارآمدتر باشند یا مانور دهند.

ون ریس توضیح می‌دهد: «ما می‌توانیم از این بهینه‌سازی و هوش مصنوعی برای معکوس کردن طراحی در کل فضای پارامتر و ایجاد دستگاه‌های هوشمند و سازگار از ابتدا استفاده کنیم، یا از شبیه‌سازی‌های فردی دقیق برای شناسایی اصول فیزیکی که تعیین می‌کنند چرا یک شکل بهتر از دیگری کار می‌کند، استفاده کنیم.

الگوریتم های ازدحام برای وسایل نقلیه روباتیک

مایکل بنجامین، دانشمند ارشد، مانند ون ریس، می‌خواهد نحوه حرکت وسایل نقلیه در آب را بهبود بخشد. در سال 2006، بنجامین و سپس به عنوان کارآموز در MIT، یک پروژه نرم افزاری متن باز را برای فناوری سکان خودکار خود راه اندازی کرد. نرم افزار مورد استفاده شرکت هایی مانند Sea Machines، BAE / Riptide، Thales UK و Rolls Royce و همچنین نیروی دریایی ایالات متحده، از یک روش جدید بهینه سازی چند هدف استفاده می کند. این بهینه سازی …

نمایش بیشتر

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

دکمه بازگشت به بالا