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  魔鬼魚利用翼狀胸鰭進行獨特的振蕩游泳，為設計潛在的快速、高效且機動性強的軟體游泳機器人提供了寶貴的靈感。然而，至今這種能力尚未在軟體游泳器中完全實現。在一個單一的軟體游泳器中同時具備高速、高效率和高機動性，同時保持簡單的驅動和控制，依然是一個巨大的挑戰。

  近日，北卡州立大學（NCSU）尹杰教授團隊聯合弗吉尼亞大學（UVA）董海波教授、Daniel Quinn教授團隊，巧妙利用單穩態結構設計了一款利用自發快速彈跳實現快速且靈活游動的仿魔鬼魚的機器魚，創造了目前為止最快的游動速度（6.8身長每秒，相當于156.4 mm/s），同時具備高機動性，可實現貼近水面和水下游動。

  該工作以”Spontaneous snapping-induced jet flows for fast, maneuverable surface and underwater soft flapping swimmer”為題近日發表于”Science Advances” 雜志上，并且文章同時被Science雜志和Science Advances首頁亮點報道。團隊博士生清海濤領銜第一作者，其他共同作者包括博士生郭佳誠（UVA），朱遠航博士（UVA，現任加州大學河濱分校助理教授），赤銀鼎博士（NCSU），洪堯燁博士（NCSU），董海波教授和Daniel Quinn教授，論文唯一通訊作者為尹杰教授。

圖1 仿魔鬼魚的機器魚的設計

圖3 具有高碰撞恢復力的簡單水下垂直障礙巡航

  具備多模式的水面和水下游泳能力，并能在不同深度進行游動，這款軟體游泳機器魚通過簡單調節單輸入驅動頻率，能夠在更加復雜且非結構化的水下環境中穿越障礙，實現潛在的高效巡航。圖3顯示通過調節驅動頻率，軟體游泳機器魚在由頂部兩個泡沫板（作為上方障礙物）和底部一個金屬板（作為下方障礙物）組成的水下障礙中的巡航表現，包括無碰撞 (i) 和發生碰撞 (ii) 的情況。虛線表示其游泳軌跡。在 (ii) 和 (iii) 中，軟體游泳機器人在下潛和上升過程中分別與上方和下方障礙物發生碰撞。3B顯示了在其導航過程 [(A), i] 中，對應的攻角隨時間的變化情況。軟體游泳機器魚的上升和下降機動通過平衡三個垂直力來實現：重力、浮力和升力。機動過程中重力保持不變。當氣動腔充氣導致翼片翻轉時，浮力增加。在翻轉運動過程中，升力也會增加，因為向下偏轉的翻轉噴射比向上偏轉的回彈噴射更強。這種噴射強度的差異可能導致正的頻率相關升力。因此，通過調節驅動頻率可以實現受控的垂直機動。

  原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adq4222