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  魔鬼魚利用翼狀胸鰭進(jìn)行獨特的振蕩游泳，為設(shè)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(xiàn)。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(qū)動和控制，依然是一個巨大的挑戰(zhàn)。

  近日，北卡州立大學(xué)（NCSU）尹杰教授團(tuán)隊聯(lián)合弗吉尼亞大學(xué)（UVA）董海波教授、Daniel Quinn教授團(tuán)隊，巧妙利用單穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計了一款利用自發(fā)快速彈跳實現(xiàn)快速且靈活游動的仿魔鬼魚的機器魚，創(chuàng)造了目前為止最快的游動速度（6.8身長每秒，相當(dāng)于156.4 mm/s），同時具備高機動性，可實現(xiàn)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(fā)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(tuán)隊博士生清海濤領(lǐng)銜第一作者，其他共同作者包括博士生郭佳誠（UVA），朱遠(yuǎn)航博士（UVA，現(xiàn)任加州大學(xué)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(shè)計

圖3 具有高碰撞恢復(fù)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(jìn)行游動，這款軟體游泳機器魚通過簡單調(diào)節(jié)單輸入驅(qū)動頻率，能夠在更加復(fù)雜且非結(jié)構(gòu)化的水下環(huán)境中穿越障礙，實現(xiàn)潛在的高效巡航。圖3顯示通過調(diào)節(jié)驅(qū)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(xiàn)，包括無碰撞 (i) 和發(fā)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(fā)生碰撞。3B顯示了在其導(dǎo)航過程 [(A), i] 中，對應(yīng)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(xiàn)：重力、浮力和升力。機動過程中重力保持不變。當(dāng)氣動腔充氣導(dǎo)致翼片翻轉(zhuǎn)時，浮力增加。在翻轉(zhuǎn)運動過程中，升力也會增加，因為向下偏轉(zhuǎn)的翻轉(zhuǎn)噴射比向上偏轉(zhuǎn)的回彈噴射更強。這種噴射強度的差異可能導(dǎo)致正的頻率相關(guān)升力。因此，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動頻率可以實現(xiàn)受控的垂直機動。

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