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科學(xué)家模仿磷蝦游泳開發(fā)出效率極高的水生機(jī)器人

2023-06-30 05:31:30 來源：cnBeta

(資料圖片)

雖然我們大多數(shù)人可能只是認(rèn)為磷蝦是鯨魚的食物，但是這種微小的甲殼類動(dòng)物是非常善于游泳的，以至于科學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)了一個(gè)受磷蝦啟發(fā)的機(jī)器人平臺(tái)，希望有一天能夠創(chuàng)造出成群的海洋探索游泳機(jī)器人。

磷蝦身長(zhǎng)約兩英寸（51毫米），通過所謂的異時(shí)節(jié)律方式在水中移動(dòng)。

像蝦和小龍蝦這樣的節(jié)肢動(dòng)物也采用這種運(yùn)動(dòng)方式，這種運(yùn)動(dòng)方式包括通過動(dòng)物底部的一排"游泳腿"（又稱褶足或游泳頭）發(fā)出連續(xù)的運(yùn)動(dòng)波。它的效果很好，因?yàn)榱孜r能夠快速加速和停止，并執(zhí)行尖銳的快速轉(zhuǎn)彎。

為了更好地了解元游動(dòng)的力學(xué)原理，羅德島布朗大學(xué)的研究人員與墨西哥國(guó)立自治大學(xué)的同事合作，創(chuàng)造了受磷蝦啟發(fā)的Pleobot機(jī)器人平臺(tái)。

Pleobot比單個(gè)磷蝦大10倍 Wilhelmus實(shí)驗(yàn)室

這個(gè)鉸接式裝置的大小是實(shí)際磷蝦的10倍--包含了一個(gè)由兩個(gè)3D打印的部分組成的人造胸足。當(dāng)上面的部分被一個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)向前和向后移動(dòng)時(shí)，下面的部分被動(dòng)地在水中來回?fù)u擺，模擬真正的胸足動(dòng)物依次打開和關(guān)閉的方式。

該研究的主要作者、布朗工程學(xué)院博士生薩拉-奧利維拉-桑托斯說："用生物體做實(shí)驗(yàn)是具有挑戰(zhàn)性和不可預(yù)測(cè)的。Pleobot使我們能夠以無(wú)可比擬的分辨率和控制力來研究類似克里爾的游泳的所有方面，這有助于它在水下的機(jī)動(dòng)性能。"

雖然在建造完整的磷蝦機(jī)器人之前還需要進(jìn)行更多的研究，但Pleobot已經(jīng)幫助科學(xué)家們弄清了磷蝦在向前游動(dòng)時(shí)如何能夠產(chǎn)生升力。該平臺(tái)揭示了當(dāng)附屬物在其動(dòng)力沖程中移動(dòng)時(shí)，胸鰭魚背部的低壓區(qū)域提升升力的方式。

該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、布朗大學(xué)助理教授莫妮卡-馬丁內(nèi)斯-威廉姆斯說："這項(xiàng)研究是我們開發(fā)下一代自主水下傳感車輛這一長(zhǎng)期研究目標(biāo)的起點(diǎn)。能夠了解附屬物層面的流體-結(jié)構(gòu)相互作用，將使我們能夠?qū)ξ磥淼脑O(shè)計(jì)做出明智的決定。"

關(guān)于這項(xiàng)研究的論文最近發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》雜志上。在下面的視頻中可以看到Pleobot的行動(dòng)。

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