Watch this robot fish swim through the ocean

De oceanen van de aarde maken het tegenwoordig zwaar te verduren. Bovenop het feit dat ze het opslagpunt zijn voor miljoenen tonnen plastic afval, heeft de opwarming van de aarde invloed op de oceanen en verstoort het mariene ecosystemen op mogelijk onomkeerbare manieren.

Koraalverbleking, bijvoorbeeld, vindt plaats wanneer opwarmende watertemperaturen of andere stressfactoren ervoor zorgen dat koraal de algen die erop leven afstoot. Het koraal verandert van weelderig en kleurrijk naar wit en kaal, en sterft soms helemaal af. Dit heeft een rimpel-effect op het omringende ecosysteem.

Warmere watertemperaturen hebben er ook voor gezorgd dat veel vissoorten naar dichter bij de noord- of zuidpool zijn verhuisd, wat visserijen verstoort en onderwateromgevingen verandert.

Om deze problemen onder controle te houden of, beter nog, ze aan te pakken en te verbeteren, is het cruciaal dat wetenschappers monitoren wat er in het water gebeurt. Een artikel dat vorige week werd gepubliceerd door een team van het Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) van MIT onthulde een nieuw hulpmiddel voor het bestuderen van het zeeleven: een biomimetische zachte robotvis, genaamd SoFi, die kan zwemmen met, observeren en interactie kan hebben met echte vissen.

SoFi is niet de eerste robotische vis die het water in gaat, maar het is de meest geavanceerde robot in zijn soort. Dit is wat het onderscheidt.

Tot nu toe konden de meeste robotvissen alleen vooruit zwemmen op een bepaalde waterdiepte, voortbewegend met een constante snelheid. SoFi blaast oudere modellen uit het water. Het is uitgerust met zijvinnen, zogenaamde duikroeren, die bewegen om de hoek aan te passen en het toestaan om te draaien, naar beneden te duiken of dichter naar het oppervlak te gaan. De dichtheid en dus het drijfvermogen kunnen ook worden aangepast door lucht in een binnencompartiment samen te persen of te decomprimeren.

“Voor zover wij weten, is dit de eerste robotvis die onafgebonden in drie dimensies gedurende langere tijd kan zwemmen,” zei CSAIL-promovendus Robert Katzschmann, hoofdauteur van het onderzoek. “We zijn enthousiast over de mogelijkheid om een systeem zoals dit te kunnen gebruiken om dichter bij het zeeleven te komen dan mensen op eigen kracht kunnen.”

Het team bracht SoFi naar de Rainbow Reef in Fiji om zijn zwemvaardigheden te testen, en de robotvis stelde niet teleur—hij kon zwemmen op diepten van meer dan 15 meter gedurende 40 minuten aan één stuk. Wat houdt hem aan het zwemmen? Een lithium-polymeerbatterij net zoals diegene die onze smartphones van stroom voorziet.

SoFi heeft sensoren om te helpen zien wat er omheen is, maar het heeft nog geen eigen verstand. Het wordt eerder bestuurd door een nabijgelegen duikende mens, die het commando's kan sturen met betrekking tot snelheid, duiken en draaien. Het beste deel? De commando's komen van een daadwerkelijk hergebruikte (en waterdichte) Super Nintendo-controller. Wat is er niet om van te houden?

Eerdere robotvissen die door dit team zijn gebouwd, moesten aan een boot worden vastgemaakt, dus het feit dat SoFi zelfstandig kan zwemmen is behoorlijk indrukwekkend. De communicatie tussen de vis en de duiker was het meest succesvol wanneer de twee minder dan 10 meter van elkaar verwijderd waren.

SoFi's zijvinnen zijn een beetje stijf, en de camera ziet er misschien niet natuurlijk uit—maar verder lijkt het veel op een echte vis. Dit is vooral te danken aan de manier waarop de staart beweegt; een motor pompt water tussen twee kamers in de staart, en als de ene kamer zich vult, buigt de staart naar die kant, vervolgens naar de andere kant als water in de andere kamer wordt gepompt. Het resultaat is een beweging die sterk lijkt op de manier waarop vissen zwemmen. Bovendien kan het hydraulische systeem de waterstroom aanpassen om verschillende staartbewegingen te krijgen waarmee SoFi met verschillende snelheden kan zwemmen; de gemiddelde snelheid is ongeveer een halve lichaamslengte (21,7 centimeter) per seconde.

Naast dat het er netjes uitziet, is het belangrijk dat SoFi er levensecht uitziet zodat het kan opgaan in het zeeleven en echte vissen niet wegjaagt, zodat het dicht bij hen kan komen en hen kan observeren.

“Een robot zoals deze kan het rif nauwkeuriger verkennen dan huidige robots, zowel omdat hij dichterbij kan komen op een veiligere manier voor het rif als omdat hij beter geaccepteerd kan worden door de mariene soorten.” zei Cecilia Laschi, een professor in biorobotica aan de Sant'Anna School of Advanced Studies in Pisa, Italië.

Het lijkt erop dat deze vis niets minder dan een echte Nemo is. Maar zijn makers zijn nog niet helemaal klaar.

Ze willen dat SoFi sneller kan zwemmen, dus ze gaan werken aan het verbeteren van het pompsysteem van de robotvis en het stroomlijnen van het lichaam en het staartontwerp. Ze zijn ook van plan om de camera van SoFi aan te passen om het te helpen echte vissen te volgen.

“We zien SoFi als een eerste stap in de richting van het ontwikkelen van een soort onderwaterobservatorium,” zei CSAIL-directeur Daniela Rus. “Het heeft het potentieel om een nieuw type hulpmiddel te zijn voor oceaanverkenning en om nieuwe wegen te openen voor het ontrafelen van de mysteries van het zeeleven.”

Het CSAIL-team is van plan een hele school SoFis te maken om biologen te helpen meer te leren over hoe het zeeleven reageert op milieuvraagstukken.

Afbeelding Credits: MIT CSAIL

Dit artikel verscheen oorspronkelijk op Singularity Hub, een publicatie van Singularity University.