Prima pagină Stiinta

Submarine-rechin

Andreea Zaporojanu 08.22.2007 | ● Vizualizări: 416
Submarine-rechin     Submarine-rechin + zoom
Galerie foto (6)

Echipate cu camere de luat vederi, microfoane si senzori, pentru a putea detecta atât capcanele reliefului submarin, cât si prezenta explozibililor sau a altor materiale specifice, viitoarele submarine americane rechini sau toni artificiali , pe cat de silentioase, pe atat de agile, se pregatesc sa porneasca in misiune.

Gata cu manevrele complicate de viraj ale submarinelor cu elice, cu intoarcerile lor lente si anevoioase! Noul UUV (Ummanned Undersea Vehicle – vehicul submarin fara pilot) reproduce nu doar forma, ci si miscarile naturale ale unor vietati din mediul acvatic. Faptul ca anumiti pesti pot parcurge distante mari cu repeziciune, alternand acceleratiile bruste cu deceleratii la fel de subite, intoarcerile lente cu schimbarile rapide de directie, se datoreaza unui sistem de propulsie unic: miscarea de oscilatie a cozii. Studiul animalelor marine l-a determinat pe Othon Rediniotis, cercetator din cadrul Laboratorului de Dinamica Fluidelor de la Departamentul de Inginerie Aerospatiala al Universitatii A&M din Texas, sa proiecteze un peste-robot care se misca folosind tehnica unduirii.

Rezultatele sunt promitatoare: prototipul, de aproape un metru lungime, inainteaza deja cu viteza de un metru pe secunda – mai iute decat un rechin de dimensiuni reduse. Marele secret al pestelui Prototipul reprezinta o provocare revolutionara pentru cercetatori, caci pana in prezent omul nu s-a dovedit in stare sa construiasca un asemenea vehicul subacvatic, din cauza unei probleme complexe de dinamica a fluidelor pe care pestii au rezolvat-o de foarte mult timp: atunci cand un corp se deplaseaza prin apa, fortele de frecare provoaca la dreapta lui un vartej ce se misca in sensul acelor de ceasornic, in timp ce la stanga fluidul se roteste in sens opus.

In urma corpului aflat in miscare, cele doua vartejuri se unesc, formand un cuplu de turbioane antagonice, care se invart spre interior. Fenomenul a primit denumirea de Karman Vortex Street si are ca rezultat faptul ca apa este aspirata proportional cu viteza de deplasare, iar inaintarea este incetinita. Pestii poseda de milioane de ani secretul al carui model specialistii au reusit sa-l reproduca abia in anii ’90: cand vartejul creat la stanga ajunge in dreptul cozii, pestele il loveste cu inotatoarea caudala, pentru a-l expedia la dreapta.

In acelasi mod, vartejul produs pe partea dreapta este directionat spre stanga si asa mai departe. Batand apa repede cu inotatoarea, pestele inverseaza pozitia cuplului de turbioane antagonice, care nu mai aspira apa spre interior, ci o imping spre exterior, provocand nu rezistenta, ci un jet propulsiv. Corpul este astfel impins inainte. Acest mecanism permite rechinului albastru sau tonului sa atinga viteze-record de peste 20 m/s. „In urma simularilor 3D ale miscarii pestelui, care implicau doar inotatoarea caudala, am tras concluzia ca frecventa loviturilor necesare pentru a produce inversarea fenomenului Karman Vortex Street variaza intre 1 si 5 Hz“, explica Othon Rediniotis.

„Robotul trebuie sa-si miste inotatoarea caudala cu o frecventa de lovire similara pentru a invinge rezistenta apei. In aceasta consta toata dificultatea. Trebuie gasit mecanismul capabil sa imprime cozii o miscare ciclica regulata, la aceasta frecventa.” Metalul din oase Dupa mai multi ani de cercetari asidue, Othon Rediniotis a lansat la apa primul sau prototip. Alcatuit dintr-o coloana vertebrala pe care s-au fixat „coaste” laterale, acoperite de solzi mobili din metal, corpul este flexibil si se termina printr-o inotatoare caudala identica celei naturale. Ramane de gasit doar mijlocul prin care aceasta sa loveasca apa.

Cercetatorul texan propune o solutie mai putin costi­sitoare, in ceea ce priveste consumul de energie, decat cea a predecesorilor sai (echipa lui Michael Triantafyllou de la MIT, creatorul tonului-robot si al stiucii-robot, a utilizat, pentru a-si insufleti inventiile, mici motoare clasice), mizand pe resorturi de AMF (aliaj cu memorie de forma), o combinatie de nichel-titan cu care echipeaza fiecare parte a pestelui sau artificial. Acest aliaj are proprietatea de a-si schimba forma in functie de temperatura. Daca temperatura are valori scazute, aliajul se alungeste.

La temperaturi ridicate, tija se contracta. Alternand rapid cele doua faze cu ajutorul curentului electric si al unui circuit de racire, resorturile se contracta si se dilata la fel ca muschii artificiali, iar corpul pestelui se poate curba fie spre dreapta, fie spre stanga. Aliajul nichel-titan nu a fost ales la intamplare. Frecventa sa maxima de contractii-dilatari este de 20 Hz. „Reusim sa exploatam aproximativ 20% dintre aceste frecvente“, explica Othon Rediniotis, „adica pe cele cu marimi situate intre 1 si 5 Hz. Exact ce ne trebuie.“

O alta noutate este echiparea pestelui-robot cu retele de neuroni care sa calculeze rapid cele mai potrivite combinatii intre senzori si mecanismele care actioneaza ansamblul, pentru a obtine miscarea optima. Primele teste in bazin au fost concludente, iar Oficiul pentru Cercetari Navale spera sa realizeze un model operational pana in 2005. Deocamdata, in ciuda tuturor eforturilor, natura ramane imbatabila, creatorii pestilor-roboti fiind nevoiti sa admita: „Nu vom reusi sa descoperim in cativa ani de studii ceea ce ea a perfectionat in milioane de ani.”

Cand avionul va misca din aripi Zborul pasarilor i-a determinat pe specialistii in aeronautica din cadrul NASA sa se lanseze in realizarea unuia dintre cele mai futuriste proiecte ale faimoasei agentii americane: un avion capabil sa-si modifice singur forma aripilor, in functie de parametrii si de conditiile de zbor. Cercetatorii recunosc insa ca, deocamdata, un asemenea aparat ramane la stadiul de concept, probabilitatea ca ideea sa se materializeze profilandu-se abia peste 50 de ani.

Daca astazi aripile avioanelor subsonice sunt optimizate pentru o altitudine, o viteza si o incarcatura prestabilite, ambitia programului Morphing Objectiv este de a realiza un aparat capabil sa-si modifice automat forma si miscarea aripilor in functie de conditiile de mediu, exact ca o pasare. Materialele din care sunt construite astazi aripile avioanelor sunt prea rigide, considera cercetatorii de la agentia americana.

De aceea, ei se straduiesc sa conceapa o aripa inteligenta, integrandu-i acesteia un veritabil sistem nervos central, senzori care sa actioneze la fel ca ramificatiile nervoase dintr-o aripa de pasare, masurand presiunea de pe suprafata ei. Acestia vor incorda sau relaxa curbura aripilor, modificandu-le in acest fel forma. Un prim prototip a fost testat de curand in conditii naturale. Pe suprafata aripii, senzorii transforma energia mecanica a fortelor ce actioneaza asupra ansamblului in energie electrica, utilizata pentru a pune in miscare niste brate articulate, care au rolul de a curba aripa.

Testele demonstreaza ca aceasta se poate indoi cu pana la 20 de grade. NASA continua cercetarile pentru a identifica structuri inedite, luandu-si ca model aripile pasarilor de mare. EADS Airbus incearca si ea sa imite natura, prin crearea unui prototip de aripa in care nervurile rigide sa fie inlocuite cu structuri articulate, acoperite de o piele metalica flexibila.

Foto: Nulli Secundus, Mediafax
 

FACTS

Cu forta muschilor artificiali
Pestele-robot poseda, pâna in cele mai mici detalii, toate elementele componente ale unui peste adevarat: solzi, oase, tendoane, muschi, vase sanguine (circuite de racire), nervi (curent electric) etc. Pentru a se deplasa, muschii sai artificiali – realizati din aliaje de nichel-titan si plasati in tuburi de silicon racite in permanenta – sunt alungiti (faza martensita). Pentru a declansa miscarea caudala, asupra muschiului este produsa o descarcare electrica, iar caldura rezultata face aliajul sa treaca in faza austenita, in care muschiul se contracta, provocând curbarea cozii.

Probleme exista si aici: acesti muschi artificiali obosesc. Dupa un anumit numar de cicluri, ei se pot disloca, fisura sau sparge. Cercetatorii lucreaza inca la perfectionarea aliajelor componente, asa incât, deocamdata, nu vom putea vedea un submarin-peste unduindu-se sub privirile speriate ale confratilor sai naturali.

Robotul-ton
Echipat cu motor hidraulic, baterii, balast si circuite electronice – asamblate intr-un corp rigid ce se termina cu o coada flexibila –, acest peste artificial, a carui forma si structura le imita pe cele ale tonului, poate inota cu o viteza maxima de 1,2 m/s (de 10, pâna la 20 de ori mai incet decât tonul) si reuseste sa faca viraje de pâna la 75 de grade. Realizat in Laboratorul Draper VCUUV (Vorticity Control Unmanned Undersea Vehicle) din cadrul MIT, proiectul a costat un milion de dolari

 
Tag-uri: submarin