科學家開發(fā)機器金槍魚使用可變剛度尾巴實現(xiàn)更高效的游泳

2021-08-12 11:12:35來源：cnBeta 關鍵詞：機器人游泳機器人閱讀量：24214

導讀：在設計水下機器人時，人們越來越多地模仿魚類的身體結(jié)構(gòu)?？茖W家們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)整它們尾巴的剛度，這些機器人可以更有效地游泳。

　　據(jù)外媒報道，鑒于魚類天生善于游泳，在設計水下機器人時，人們越來越多地模仿魚類的身體結(jié)構(gòu)?？茖W家們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)整它們尾巴的剛度，這些機器人可以更有效地游泳。

　　在真正的魚中，尾部肌肉可以變硬以達到較佳的高速沖刺，或者松開以達到更好的低速巡航和機動性。然而，受魚啟發(fā)的機器人必須“做出妥協(xié)”，它們的尾巴被設定為一種硬度，而這種硬度在所有情況下都不理想。

　　弗吉尼亞大學的Dan Quinn教授說：“擁有一個尾部硬度就像在自行車上擁有一個齒輪比。你只能在一種速度下有效。這就像用固定齒輪的自行車在舊金山騎行一樣；你在幾個街區(qū)之后就會筋疲力盡。”

　　不幸的是，要確定魚類何時以及是否真的改變了它們的尾部硬度是很困難的。與博士后研究員鐘強合作，Quinn轉(zhuǎn)向流體動力學和生物力學，得出一個理論模型。簡而言之，該模型指出，尾部剛度應該隨著游泳速度的增加而增加。

　　為了對他們的理論進行實際測試，科學家們建造了一個被稱為AutoTuna的機器人金槍魚?；谖舶蛣偠饶Ｐ?，該設備利用一個可編程的肌腱來自動改變其尾巴的剛度，因為它在一個基于實驗室的水渠中游泳。值得注意的是，與其他相同的固定尾部剛度的機器人相比，它可以在更大的速度范圍內(nèi)游泳，而使用的能量幾乎是一半。

　　研究人員現(xiàn)在正在研究如何將該技術應用于基于其他類型游泳動物的機器人。

　　Quinn表示：“像我們這樣的剛度調(diào)整機制可以很容易地被小型化，因此它們可以支持各種尺寸和形狀的機器人。更難的部分是要弄清楚機器人在各種游泳頻率和速度下應該有多大的硬度。我們使用了一個物理模型和水渠測試，為我們的機器人制定了一個控制法則，以便它在自動調(diào)整其尾部硬度時使用。如果你把機器人做得更大(例如像海豚一樣的機器人)或切換到不同的游泳類型(例如像黃貂魚一樣的機器人)，這個模型將需要重新校準，但這是完全可以做到的。”

　　關于這項研究的論文最近發(fā)表在《科學機器人》雜志上。

　　(原標題：科學家開發(fā)機器金槍魚使用可變剛度尾巴實現(xiàn)更高效的游泳)

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