I ett betydande framsteg för undervattensrobotik har forskare vid California Institute of Technology lärt en robotsubmarin att använda turbulens som framdrivningsmekanism istället för att motarbeta den.
Forskargruppen, ledd av professor John Dabiri och tidigare doktoranden Peter Gunnarson (numera vid Brown University), har utvecklat ett system som gör det möjligt för deras CARL-Bot att upptäcka och utnyttja virvelringar – undervattensmotsvarigheten till rökringar – för att färdas effektivt genom vattnet. Deras resultat publicerades i tidskriften PNAS Nexus den 12 maj 2025.
"Vi funderade på hur undervattensfarkoster skulle kunna använda turbulenta vattenströmmar för framdrivning och undrade om de, istället för att vara ett problem, kunde vara en fördel för dessa mindre fordon," förklarar Gunnarson, som byggde CARL-Bot (Caltech Autonomous Reinforcement Learning roBot) under sin tid på Caltech.
Robotens enda inbyggda accelerometer känner av när den stöter på en virvelring, och utför därefter precisa manövrar för att positionera sig inom virvelns materiella gräns. Väl infångad i virveln transporteras roboten över avstånd utan att förbruka extra energi. I laboratorietester med en 5 meter lång tank uppnåddes en nästan femfaldig minskning av energiförbrukningen jämfört med konventionella framdrivningsmetoder.
Även om CARL-Bot ursprungligen designades med artificiell intelligens för navigering, upptäckte forskarna en enklare metod för beslutsfattande under vattnet. Teamet utvecklade grundläggande kommandon som hjälper roboten att upptäcka var virvelringen befinner sig och positionera sig för att "hoppa på och i princip åka snålskjuts", som Gunnarson beskriver det.
Denna innovation har stor betydelse för havsutforskning, där små autonoma undervattensfarkoster ofta begränsas av batteritid och lätt kan övermannas av havsströmmar. Tekniken kan möjliggöra längre uppdrag för miljöövervakning, oceanografisk forskning och inspektion av undervattensinfrastruktur. Professor Dabiri hoppas också kunna tillämpa dessa principer i sitt arbete med bioniska maneter, och potentiellt skapa hybridsystem som kombinerar biologiska organismer med elektronisk styrning för effektiv havsutforskning.