研究人員仿照金槍魚外形研制出機器魚，其尾部加裝人工肌腱，可調(diào)節(jié)擺動速度

據(jù)外媒報道，美科學(xué)家根據(jù)魚類在游動中展示的生物力學(xué)和流體力學(xué)特征，結(jié)合機器人技術(shù)，開發(fā)智能機器魚尾，以期用于下一代水下潛航器的設(shè)計。

據(jù)報道，8月出版的《科學(xué)機器人》雜志，刊登了美國弗吉尼亞大學(xué)研究人員關(guān)于水下潛航器變速航行的研究成果。這篇文章稱，通過觀察魚類游動不難發(fā)現(xiàn)，大部分魚類為保持水下游動的靈活性，會根據(jù)自身與外部情況隨時調(diào)整方向、速度和深度，這些調(diào)整主要依靠魚身“推進器”——魚尾完成。由于現(xiàn)有科學(xué)方法無法測量魚在游動過程中尾部變化情況，因此很難準確掌握魚是如何做到這一點的。研究人員通過構(gòu)建仿真模型，解析不同情況下魚尾如何影響魚的游動，并在此基礎(chǔ)上得出結(jié)論。簡單來說，魚尾的肌肉張力與航速的平方成正比。為進一步驗證該結(jié)論，研究人員仿照金槍魚外形制造出一條機器魚，在其尾部加裝由程序控制的人工肌腱，以調(diào)節(jié)尾部的擺動情況。在高速、不規(guī)則、非對稱水流條件下，進行兩種游動測試。一種是調(diào)節(jié)尾部擺動進行游動，另一種是固定尾部進行游動。測試結(jié)果顯示，在前一種情況下，機器魚的游動速度更快，能量消耗更少。由此表明，推進器可調(diào)節(jié)技術(shù)將對水下潛航效率帶來改變。

在設(shè)計下一代水下潛航器時，難題在于如何實現(xiàn)對推進器的智能調(diào)節(jié)。因為水下環(huán)境并非既定不變，在某些環(huán)境下工作良好的推進器，在另一種環(huán)境下可能嚴重效率不足。

報道稱，此項研究首次將生物力學(xué)、流體力學(xué)和智能機器人技術(shù)結(jié)合起來，綜合研究推進器擺動對水下航行的影響，有助于解答推進器擺動如何影響航行效率。此項研究不僅進行了理論分析，還提出可行的解決方案，實現(xiàn)水下航行的高速與高效。研究人員希望在此基礎(chǔ)上，探索和完善水下潛航器變速航行的關(guān)鍵技術(shù)，仿海豚或蝌蚪等研制智能水下潛航器，并用于下一代水下潛航系統(tǒng)的設(shè)計制造。

目前，為保障航行效率，水下潛航器通常被設(shè)計為按某一固定速度航行，無法像魚類般“游動自如”，使得水下潛航器難以完全滿足現(xiàn)實需求。這項研究成果帶來的技術(shù)突破，或可為上述需求提供新的解決方法。