論文の概要: Design of a Bio-Inspired Miniature Submarine for Low-Cost Water Quality Monitoring
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.14244v1
- Date: Sun, 15 Mar 2026 06:37:45 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-21 18:33:56.821125
- Title: Design of a Bio-Inspired Miniature Submarine for Low-Cost Water Quality Monitoring
- Title（参考訳）: 低コスト水質モニタリングのためのバイオインスパイアされた小型潜水艇の設計
- Authors: Quang Huy Vu, Quan Le, Manh Duong Phung,
- Abstract要約: バイオインスパイアされた小型潜水艦の低コスト水質モニタリングのための設計と実験的検討を行った。
イカのジェット推進機構に触発され,ポンプ駆動型水ジェットを用いて推進・操舵を行う。
完全なシステムは、約122.5ドルのハードウェアコストで構築でき、教育および環境モニタリングアプリケーションに適している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.0686678425459424
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Water quality monitoring is essential for protecting aquatic ecosystems and detecting environmental pollution. This paper presents the design and experimental validation of a bio-inspired miniature submarine for low-cost water quality monitoring. Inspired by the jet propulsion mechanism of squids, the proposed system employs pump-driven water jets for propulsion and steering, combined with a pump-based buoyancy control mechanism that enables both depth regulation and water sampling. The vehicle integrates low-cost, commercially available components including an ESP32 microcontroller, IMU, pressure sensor, GPS receiver, and LoRa communication module. The complete system can be constructed at a hardware cost of approximately $122.5, making it suitable for educational and environmental monitoring applications. Experimental validation was conducted through pool tests and field trials in a lake. During a 360 degrees rotation test, roll and pitch deviations remained within +/-2 degrees and +/-1.5 degrees, respectively, demonstrating stable attitude control. Steering experiments showed a heading step response with approximately 2 s rise time and 5 s settling time. Depth control experiments achieved a target depth of 2.5 m with steady-state error within +/-0.1 m. Field experiments further demonstrated reliable navigation and successful water sampling operations. The results confirm that the proposed platform provides a compact, stable, and cost-effective solution for small-scale aquatic environmental monitoring.
- Abstract（参考訳）: 水質モニタリングは、水生生態系の保護と環境汚染の検知に不可欠である。
バイオインスパイアされた小型潜水艦の低コスト水質モニタリングのための設計と実験的検討を行った。
イカのジェット推進機構に着想を得て, ポンプ式水ジェットを推進・操舵に使用し, 深度制御と水サンプリングの両立を可能にするポンプ式浮力制御機構を併用した。
車両は、ESP32マイクロコントローラ、IMU、圧力センサー、GPS受信機、LoRa通信モジュールなど、低コストで市販の部品を統合している。
完全なシステムは、約122.5ドルのハードウェアコストで構築でき、教育および環境モニタリングアプリケーションに適している。
実験は湖沼でのプール試験とフィールド試験によって行われた。
360度回転試験では、ロールとピッチの偏差はそれぞれ+/-2度と+/-1.5度に留まり、安定な姿勢制御を示した。
ステアリング実験では、約2秒の上昇時間と5秒の沈降時間で進路反応を示した。
深さ制御実験では, 目標深度2.5m, 定常状態誤差+/-0.1mに達した。
フィールド実験では、信頼性の高い航法と水の採取が成功していた。
その結果,提案プラットフォームは小規模水環境モニタリングのためのコンパクトで安定的で費用対効果の高いソリューションであることを確認した。
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