Científicos rusos han desarrollado un modelo matemático para drones submarinos que podrán cambiar de profundidad según un principio similar al funcionamiento de la vejiga natatoria de los peces. El nuevo enfoque permitirá a los aparatos consumir menos energía y operar de forma autónoma bajo el agua durante más tiempo. La investigación fue realizada por científicos del MIPT. Los resultados del estudio se publicaron en la revista Scientific Reports.
La vejiga natatoria ayuda a los peces óseos a regular la flotabilidad. Pero este mecanismo tiene una particularidad: al cambiar la profundidad, el volumen de gas en la vejiga cambia debido a la presión. Por lo tanto, el pez se encuentra en un equilibrio inestable. La cantidad de gas en la vejiga se puede cambiar fisiológicamente, pero esto lleva tiempo.
La mayoría de los drones submarinos modernos resuelven el problema de otra manera. Para cambiar la profundidad, utilizan sistemas de lastre que bombean agua. Esto requiere energía y genera ruido.
Científicos del MIPT han demostrado que un aparato submarino con volumen variable y vejiga natatoria puede estabilizarse durante el movimiento. En otras palabras, el robot puede usar su propio movimiento para mantener la posición deseada en el agua.
Según Viktor Kazantsev, jefe del laboratorio de tecnologías neurobiomórficas del MIPT, si se coloca la vejiga en la parte trasera de dicho robot y se reduce su volumen, la parte trasera del aparato comenzará a descender, y las aletas la estabilizarán. Al aumentar el volumen, ocurre lo contrario: la cola comienza a elevarse. Al equilibrar entre estos estados, el aparato puede moverse.
Según los cálculos, la estabilidad en el movimiento surge debido a la conexión entre la inclinación del aparato y su movimiento hacia arriba o hacia abajo. Para ello, la vejiga natatoria y el punto de aplicación de la fuerza de elevación deben estar detrás del centro de masa. Sin embargo, la estabilidad aparece solo después de alcanzar una cierta velocidad. Si se mueve demasiado rápido, el aparato vuelve a ser inestable debido al factor velocidad-geometría.
Ahora los desarrolladores deben verificar los cálculos en prototipos reales. El funcionamiento de dicho sistema se verá afectado por la presión a diferentes profundidades, la resistencia de los materiales, la capacidad de resistir las corrientes y la precisión del control.
Los drones submarinos pueden utilizarse para el monitoreo ambiental de cuerpos de agua, el estudio de animales marinos, la investigación de ecosistemas submarinos, la búsqueda de contaminantes y el control del estado de las tuberías. El diseño biomimético es especialmente interesante para la observación del medio ambiente y los animales, ya que permite reducir el impacto del aparato en ellos.
Si los cálculos se confirman, los especialistas obtendrán una herramienta para diseñar aparatos submarinos económicos capaces de realizar misiones autónomas prolongadas. Todos los datos y el código del modelo están disponibles públicamente en GitHub.