In een belangrijke stap voorwaarts in onderwaterrobotica hebben onderzoekers van het California Institute of Technology een onderzeeërrobot geleerd turbulentie als voortstuwingsmechanisme te gebruiken in plaats van ertegen te vechten.
Het onderzoeksteam, geleid door professor John Dabiri en voormalig promovendus Peter Gunnarson (nu werkzaam aan Brown University), ontwikkelde een systeem waarmee hun CARL-Bot vortexringen—onderwater-equivalenten van rookringen—kan detecteren en benutten om efficiënt door het water te reizen. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift PNAS Nexus op 12 mei 2025.
"We brainstormden over manieren waarop onderwatervoertuigen turbulente waterstromen kunnen gebruiken voor voortstuwing en vroegen ons af of deze stromingen, in plaats van een probleem te zijn, juist een voordeel konden opleveren voor deze kleinere voertuigen," legt Gunnarson uit, die de CARL-Bot (Caltech Autonomous Reinforcement Learning roBot) bouwde tijdens zijn tijd aan Caltech.
De robot gebruikt een enkele ingebouwde versnellingsmeter om te voelen wanneer hij een vortexring tegenkomt, waarna hij precieze manoeuvres uitvoert om zichzelf binnen de materiële grens van de vortex te positioneren. Eenmaal opgenomen in de vortex, wordt de robot over afstanden voortgestuwd zonder extra energie te verbruiken. In laboratoriumtests met een tank van vijf meter lang leidde deze techniek tot een bijna vijfvoudige vermindering van het energieverbruik in vergelijking met conventionele voortstuwingsmethoden.
Hoewel de CARL-Bot oorspronkelijk werd ontworpen met kunstmatige intelligentie voor navigatie, ontdekten de onderzoekers een eenvoudigere aanpak voor besluitvorming onder water. Het team ontwikkelde basiscommando's waarmee de robot de locatie van een vortexring kan detecteren en zichzelf kan positioneren om er, zoals Gunnarson het omschrijft, "op te springen en in feite gratis mee te liften".
Deze innovatie heeft grote gevolgen voor oceaanverkenning, waar kleine autonome onderwatervoertuigen vaak worden beperkt door hun batterijduur en gemakkelijk kunnen worden overmeesterd door oceaanstromingen. De technologie kan langere missies mogelijk maken voor milieumonitoring, oceanografisch onderzoek en inspectie van onderwaterinfrastructuur. Professor Dabiri hoopt deze principes ook toe te passen op zijn werk met bionische kwallen, waarmee mogelijk hybride systemen ontstaan die biologische organismen combineren met elektronische besturing voor efficiënte oceaanverkenning.