據(jù)外媒報(bào)道，鑒于魚類天生善于游泳，在設(shè)計(jì)水下機(jī)器人時(shí)，人們?cè)絹碓蕉嗟啬７卖~類的身體結(jié)構(gòu)。 科學(xué)家們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)整它們尾巴的剛度，這些機(jī)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(dá)到最佳的高速?zèng)_刺，或者松開以達(dá)到更好的低速巡航和機(jī)動(dòng)性。然而，受魚啟發(fā)的機(jī)器人必須“做出妥協(xié)”--它們的尾巴被設(shè)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(xué)的Dan Quinn教授說：“擁有一個(gè)尾部硬度就像在自行車上擁有一個(gè)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(gè)街區(qū)之后就會(huì)筋疲力盡。”

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

為了對(duì)他們的理論進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，科學(xué)家們建造了一個(gè)被稱為AutoTuna的機(jī)器人金槍魚?；谖舶蛣偠饶Ｐ?，該設(shè)備利用一個(gè)可編程的肌腱來自動(dòng)改變其尾巴的剛度，因?yàn)樗谝粋€(gè)基于實(shí)驗(yàn)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(jī)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(shù)應(yīng)用于基于其他類型游泳動(dòng)物的機(jī)器人。

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

關(guān)于這項(xiàng)研究的論文最近發(fā)表在 《科學(xué)機(jī)器人》 雜志上。

關(guān)鍵詞： 科學(xué)家 機(jī)器金槍魚 游泳 高速?zèng)_刺