水下車輛通常設計用于一種巡航速度，而在其他速度下通常效率低下。與魚游得好、快或慢的方式相比，該技術還處于初級階段。
如果您希望您的水下航行器快速穿越數(shù)英里的海洋，然后減速以繪制狹窄的珊瑚礁，或加速到漏油地點然后節(jié)流閥進行仔細測量，該怎么辦?
弗吉尼亞大學工程與應用科學學院助理教授Dan Quinn和他的同事，最近獲得 UVA 博士學位。研究生和博士后研究員鐘強發(fā)現(xiàn)了實現(xiàn)此類多速任務的關鍵策略。他們展示了一種在機器人中實施這一策略的簡單方法，最終可以為水下航行器設計提供信息。他們的工作最近發(fā)表在《科學機器人》上。
在設計游泳機器人時，研究人員不斷提出的一個問題是推動機器人在水中前進的部件應該有多硬。這是一個很難的問題，因為在某些情況下運行良好的相同剛度在其他情況下可能會失敗。
“有一個尾部剛度就像在自行車上有一個齒輪比，”奎因說，他在機械和航空航天工程以及電氣和計算機工程方面擁有聯(lián)合任命。“你只能以一種速度高效。這就像用固定齒輪自行車在舊金山騎自行車一樣;走幾個街區(qū)你就會筋疲力盡。”
魚很可能通過實時調整它們的剛度來解決這個問題：它們根據(jù)情況調整不同的剛度級別。
問題是，沒有已知的方法來測量游泳魚的剛度，因此很難知道魚是否以及如何做到這一點。Quinn 和 Zhong 通過結合流體動力學和生物力學來推導出一個模型來說明如何以及為什么應該調整尾部剛度，從而解決了這個問題。
“令人驚訝的是，”奎因說，“從所有的數(shù)學計算中得出一個簡單的結果：游泳速度的平方會增加硬度。
“為了測試我們的理論，我們建造了一個魚形機器人，它使用可編程的人造肌腱在水道中游泳時調整自己的尾巴剛度。發(fā)生的事情是，突然間，我們的機器人可以在更寬的速度范圍內(nèi)游泳，同時使用的能量幾乎是具有固定剛度尾巴的同一機器人的一半。進步真的非常顯著。”
“我們的工作是第一個結合生物力學、流體動力學和機器人技術來綜合研究尾巴剛度的工作，這有助于揭開尾巴剛度如何影響游泳表現(xiàn)的長期存在的謎團，”鐘說。“更奇妙的是，我們不僅專注于理論分析，還專注于提出可調剛度的實用指南。我們提出的可調剛度策略已被證明在現(xiàn)實的游泳任務中是有效的，其中機器魚同時實現(xiàn)了高速和高效率的游泳。”
標簽： 機器魚尾
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