Patnáctiletý Evan Budz byl na výletě v kempu, když uviděl chňapající želvu, která se stala impulsem pro oceněný vynález. Kanadský středoškolský student z Burlingtonu v Ontariu jako někdo, kdo miluje turistiku, kanoistiku a jen tak venku, aktivně hledal způsoby, jak by mohl vyjít ven a pomoci planetě.
„Rodiče mě vychovali k takové zásadě, že každé místo, které navštívím, bych měl opustit o něco lepší, než jsem ho našel,“ říká. Takže když si Budz všiml, že želva plave v některých okolních vodách, věděl, že našel svůj další projekt vášně: bionickou robotickou želvu, která by mohla pomoci chránit podmořské prostředí.
Jak želva inspirovala oceněný vědecký projekt
„Když jsem viděl chňapající želvu, byla tak půvabná, plynulá a obecně nerušící“ své okolí, říká Budz. „Říkal jsem si, že by bylo opravdu zajímavé jít a zkusit replikovat jeho přirozenou kinematiku plavání [basically the study of how things move]“ v robotu.
Spolu s napodobováním tekutých pohybů divoké zelené mořské želvy ve vodě jeho autonomní zařízení využívá AI k monitorování podmořských ekosystémů z hlediska ekologických hrozeb, jako jsou invazivní druhy a bělení korálů.
„Většina současných podvodních technologií může produkovat věci, jako je hluk z jejich vrtulí nebo velmi vysokotlaké vodní proudy,“ říká, že může narušit prostředí.
Díky napodobování pohybů mořské želvy se však Budzův robot může pohybovat vodou neškodně a shromažďovat životně důležitá data způsobem, který nezatěžuje mořský život ani nepoškozuje choulostivá stanoviště. „Nechci ublížit různým místům, která doufám ochráním.“
Jak postavit robotickou želvu
Aby vytvořil svou bionickou želvu, začal Budz pracovat na studiu plazova pohybu. Sledoval videa plavání mořských želv a hovořil s odborníky ve svém místním akváriu, kde se dozvěděl, jak plazi používají své přední ploutve, aby se poháněli dopředu a zadní končetiny k řízení. Poté využil své know-how v oblasti 3D designu a elektroniky k naplánování prototypu v SolidWorks, 3D Computer-Aided Design (CAD) a inženýrském softwaru. Odtud středoškolský student začal vytvářet 3D díly své robotické želvy.
Robot má celkem čtyři ploutve – přičemž větší přední ploutve zajišťují jeho hlavní pohon a jeho menší zadní ploutve slouží hlavně pro stabilitu a změnu směru, stejně jako u skutečné želvy. Má také hlavní „tělo“ z akrylové trubice pro uložení elektronických součástek, mezi které patří mikropočítač Raspberry Pi. To spouští modely umělé inteligence pro detekci environmentálních hrozeb a zaznamenává a přenáší data. Bionická želva se navíc ve vodě pohybuje pomocí různých senzorů. Patří mezi ně modul GPS pro sledování polohy, který umožňuje robotovi sledovat předem definovaný vzor mřížky.
Budzův robot má také přední kameru pro „vidění“ svého okolí spolu s dalšími senzory na jeho vnějšku, které pomáhají vést autonomního plaza, nabízejí kontrolu hloubky a kontrolují ekologická rizika, jako jsou mikroplasty a bělené korály.
Seznamte se s Bionic Underwater Robotic Turtle, alias BURT
I když to není oficiální jméno, Budz svůj vynález nazývá „BURT“, což je zkratka pro „Bionic Underwater Robotic Turtle“. BURT si zachovává stejné proporce velikosti těla a ploutve jako skutečná mořská želva, ale je celkově menší, což jí umožňuje snadno se pohybovat v různých prostředích. Váží asi 11 liber, i když většinu hmotnosti robota tvoří právě přidaný kov, který mu umožňuje klesnout dolů. To dává BURT příležitost sledovat hloubky hluboko pod hladinou vody.
„Abych dosáhl neutrálního vztlaku ve vodě,“ říká Budz, „potřeboval jsem, aby byla želva v podstatě těžší než síla vztlaku, která ji tlačí nahoru.“
BURT dokáže plavat až osm hodin na jedno nabití na lithiovou baterii, i když má také solární panel, který jej dokáže udržet v chodu ještě delší dobu. Právě teď má Budz BURT nastaven tak, aby plaval typickou rychlostí želv (přibližně 0,5 mil za hodinu). „Pokud chci, aby plaval rychleji, mohu jen změnit frekvenci kmitání ploutve,“ což znamená rychlost jeho zdvihů ploutve.
Většina testů BURT se uskutečnila v bazénu Budzových prarodičů na dvorku, který má hloubku něco přes osm stop.
„V podstatě jsem šel ven a vytvořil jsem simulované nastavení korálových útesů pomocí 3D modelů,“ říká a programuje želvu, aby pochopila, jak vlastně vypadá bělení korálů a invazivní druhy. „A želva pak plave kolem nich, aby simulovala, co by dělala v reálném prostředí.“
BURT je také nastaven tak, aby se řídil předem určeným vyhledávacím vzorem, „takže není potřeba žádný druh lanka, jako byste mohli najít na tradičním podvodním dronu. Bionická želva skenuje své okolní vody prostřednictvím své přední kamery, přičemž všechna zaznamenaná data poté odešle zpět do svého mikropočítače Raspberry Pi. Podle testování Budz byl BURT schopen detekovat replikované bělení korálů s 96procentní přesností.
BURT, robotická želva, je stále chytřejší
Dalším Budzovým krokem je přivést BURT do různých prostředí, abyste viděli, jak hluboko může robot ve skutečnosti jít. Aby se vypořádal s obzvláště kalnou vodou, nainstaloval světla na přední část robota a přidal ultrazvukový měnič, který využívá vysokofrekvenční zvukové vlny k detekci potenciálních překážek.
Letos dokonce vyvinul nové holografické zobrazovací zařízení, které používá k zaznamenávání strukturních charakteristik a tvarů drobných částic ve vodních cestách. Poté použije na zakázku trénovanou neuronovou síť, která zpracovává data způsobem podobným lidskému mozku, aby klasifikoval, zda je každá částice mikroplast.
Ačkoli Budz postavil svého robota jako práci z lásky, od té doby získal několik významných ocenění, včetně první ceny v soutěži Evropské unie pro mladé vědce, která se konala v Lotyšsku v roce 2025, a Canada-Wide Science Fair, každoročního vědeckého veletrhu, na který se finalisté kvalifikují z přibližně 25 000 soutěžících.
Budzovým cílem je mít flotilu těchto mořských želv, která může být vypravena za účelem odhalování ekologických hrozeb. „Už jsem se podíval na bělení korálů, invazivní druhy a mikroplasty,“ říká, „ale existuje tolik různých míst, kde to lze použít.“
V WorkshopPopular Science zdůrazňuje důmyslné, nádherné a často překvapivé projekty, které lidé staví ve svém volném čase. Pokud vy nebo někdo, koho znáte, pracujete na projektu pro fandy, který by vyhovoval vašim požadavkům, rádi bychom o něm slyšeli –vyplňte tento formulář aby nám řekl víc.
Související příběhy ‚The Workshop‘
2025 PopSci To nejlepší z toho, co je nového
Čerpáme z těchto zdrojů: google.com, science.org, newatlas.com, wired.com, pixabay.com
