Роботы в роли гребцов помогают оценить эффективность передвижения (+видео)

Есть два способа гребли на лодках со множеством весел. Вы можете делать это синхронно, одновременно вытягивая и опуская в воду все весла, или можно выполнять эти действия асинхронно, когда гребцы прикладывают усилия в какой-то последовательности, подобно повторяющейся волне.

Французские исследователи решили выяснить, какой из этих способов гребли более эффективен. Они построили для испытаний небольшую лодку, в которой разместили роботов в качестве гребцов.

Жан-Филипп Буше, Ромен Лаббе и Кристофер Кланет из лаборатории гидродинамики (LadHyX) в Политехнической школе Парижа объясняют, что при синхронной гребле каждый взмах множества весел обеспечивает большое толкающее усилие, которое разгоняет лодку. Затем лодка движется по инерции, снижая скорость примерно на 20%, в то время как гребцы перемещают весла по воздуху, а затем цикл повторяется. Исследователи подсчитали, что эти большие колебания в скорости примерно на 5% увеличивают трение вдоль корпуса лодки, в сравнении с движением на постоянной скорости. На первый взгляд, 5% это не так много, но это может быть разница между золотой и серебряной медалью на Олимпиаде.

Вместо того, чтобы попробовать рассчитать и отработать все физические процессы абстрактно, исследователи построили в масштабе 1/10 гоночную лодку с восемью маленькими роботами-гребцами под управлением контроллера Arduino. Стеклопластиковая модель длиной 2 метра имеет такую же форму, как настоящая лодка, а массовое соотношение между роботами и корпусом лодки тоже самое, как в гоночной лодке с людьми. Более того, с каждым взмахом весел роботы двигаются вперед и назад, как это делают спортсмены в гонке.

Первые результаты тестирования с роботами показали, что они обеспечивают достаточно точную модель полномасштабной лодки с человеческим экипажем: при темпе гребли один взмах в секунду достигается максимальное перемещение в 0,2 длины лодки за цикл гребли (0,36 м/с). Это гораздо медленнее, чем олимпийские скорости (0,45 длины лодки за цикл или лучше), но все же модель можно использовать для экспериментов. Затем исследователи начали изменять фазу взмаха весла каждого робота на 45 градусов относительно рядом сидящего гребца. Колебания в скорости перемещения лодки резко сократились до 2% в сравнении с 12% при синхронной гребле.

Тем не менее, несмотря на достигнутое при асинхронной гребле снижение трения корпуса лодки, общая скорость лодки уменьшалась для всех асинхронных тестов на любой стадии. Синхронный способ, на самом деле, является самым быстрым и наиболее эффективным способом гребли.

Мы можем быть рады (или, возможно, немного разочарованы), что восемь маленьких роботов не смогли внезапно опровергнуть используемый веками способ гребли.