南安普敦大學(xué)和愛丁堡大學(xué)的科學(xué)家們開發(fā)了一種靈活的水下機(jī)器人，該機(jī)器人可以像自然界中最高效的游泳者Aurelia aurita水母一樣在水中推動(dòng)自己。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《科學(xué)機(jī)器人》雜志上，證明了新型水下機(jī)器人可以像魷魚和水母一樣快速有效地游泳，這激發(fā)了其設(shè)計(jì)靈感，其輕巧的設(shè)計(jì)和柔軟的外觀為水下探索開辟了新的可能性。

愛丁堡大學(xué)工程學(xué)院講師兼??總理研究員Francesco Giorgio-Serchi博士的合著者說(shuō)：“對(duì)魷魚，水母和章魚等生物的著迷極大，因?yàn)樗鼈兊莫?dú)特之處在于他們?nèi)狈χ蔚墓趋澜Y(jié)構(gòu)并不能阻止他們出色的游泳成就。”

“運(yùn)輸成本”用于比較整個(gè)生物學(xué)中物種的效率，通過(guò)這種方法，水母是自然界中最有效的動(dòng)物，很容易擊敗奔跑，飛翔的動(dòng)物和骨魚。

這款新機(jī)器人是在南安普敦大學(xué)開發(fā)的，并且是第一個(gè)潛水器，展示了將共振用于水下推進(jìn)的優(yōu)勢(shì)。共振是指以理想頻率施加力時(shí)發(fā)生的大振動(dòng)，例如將孩子推到秋千上。這使機(jī)器人可以使用很少的功率，但會(huì)產(chǎn)生大的水射流以推動(dòng)自身前進(jìn)。

一種簡(jiǎn)單而有效的機(jī)制是由橡膠膜包裹著八個(gè)3-D打印的柔性肋骨組成的，它們共同構(gòu)成了“推進(jìn)鈴”。機(jī)器人上半部的一個(gè)小活塞反復(fù)敲擊該鐘罩，使其膨脹然后彈回。這模仿了水母的游泳技術(shù)，并產(chǎn)生了液體射流，以推動(dòng)機(jī)器人通過(guò)水。當(dāng)活塞以正確的頻率(組件的自然共振)進(jìn)行操作時(shí)，機(jī)器人可以每秒移動(dòng)一個(gè)身體長(zhǎng)度，并達(dá)到Aurella aurita水母的效率。

最新測(cè)試顯示，新機(jī)器人的效率是螺旋槳驅(qū)動(dòng)的典型小型水下航行器的十至五十倍。這種提高的效率，加上該機(jī)器人柔軟，靈活的外觀的其他優(yōu)點(diǎn)，使其非常適合在敏感的環(huán)境(例如珊瑚礁，考古現(xiàn)場(chǎng)，甚至是游泳者擁擠的水域)中操作。

合著者Thierry Bujard是南安普敦大學(xué)海軍建筑學(xué)的碩士生，他在短短幾個(gè)月內(nèi)設(shè)計(jì)并制造了該機(jī)器人。蒂埃里說(shuō)：“以前用噴射系統(tǒng)推動(dòng)水下機(jī)器人的嘗試涉及將水推過(guò)剛性管，但我們想進(jìn)一步推廣，以便為模擬生物學(xué)帶來(lái)彈性和共鳴。我對(duì)結(jié)果感到非常驚訝，我充滿信心可以進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是機(jī)器人的效率比我預(yù)期的要高得多。”

大學(xué)工程學(xué)院副教授加布里埃爾·韋茅斯(Gabriel Weymouth)博士對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行了監(jiān)督，他補(bǔ)充說(shuō)：“使用共振的好處在于，我們可以用很小的功率來(lái)實(shí)現(xiàn)推進(jìn)鐘的大振動(dòng);我們只需要將其戳破形狀，然后讓彈性和慣性完成其余部分，這使我們能夠釋放出使用噴氣機(jī)游泳的海洋生物所使用的推進(jìn)效率。

“在過(guò)去十年中，對(duì)諸如波士頓動(dòng)力公司的“ Big Dog”之類的具有柔性和生物啟發(fā)性的機(jī)器人的研究激增，因?yàn)樗鼈兛梢员葮?biāo)準(zhǔn)的工業(yè)機(jī)器人具有更多的用途。這項(xiàng)研究表明，這些概念也可以應(yīng)用于水下機(jī)器人。

“使用軟水下機(jī)器人技術(shù)仍然有許多挑戰(zhàn)和令人興奮的探索機(jī)會(huì)。我們現(xiàn)在正在尋求將這種機(jī)器人背后的概念擴(kuò)展到能夠感知和導(dǎo)航其環(huán)境的完全可操縱和自主的水下航行器。”

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