乌贼启发的机器人与自然界最有效的海洋动物一起游泳

南安普敦大学和爱丁堡大学的科学家们开发了一种灵活的水下机器人，该机器人可以像自然界中最高效的游泳者Aurelia aurita水母一样在水中推动自己。这项发现发表在《科学机器人》杂志上，证明了新型水下机器人可以像鱿鱼和水母一样快速有效地游泳，这激发了其设计灵感，其轻巧的设计和柔软的外观为水下探索开辟了新的可能性。

爱丁堡大学工程学院讲师兼​​总理研究员Francesco Giorgio-Serchi博士的合著者说：“对鱿鱼，水母和章鱼等生物的着迷极大，因为它们的独特之处在于他们缺乏支撑的骨骼结构并不能阻止他们出色的游泳成就。”

“运输成本”用于比较整个生物学中物种的效率，通过这种方法，水母是自然界中最有效的动物，很容易击败奔跑，飞翔的动物和骨鱼。

这款新机器人是在南安普敦大学开发的，并且是第一个潜水器，展示了将共振用于水下推进的优势。共振是指以理想频率施加力时发生的大振动，例如将孩子推到秋千上。这使机器人可以使用很少的功率，但会产生大的水射流以推动自身前进。

一种简单而有效的机制是由橡胶膜包裹着八个3-D打印的柔性肋骨组成的，它们共同构成了“推进铃”。机器人上半部的一个小活塞反复敲击该钟罩，使其膨胀然后弹回。这模仿了水母的游泳技术，并产生了液体射流，以推动机器人通过水。当活塞以正确的频率(组件的自然共振)进行操作时，机器人可以每秒移动一个身体长度，并达到Aurella aurita水母的效率。

最新测试显示，新机器人的效率是螺旋桨驱动的典型小型水下航行器的十至五十倍。这种提高的效率，加上该机器人柔软，灵活的外观的其他优点，使其非常适合在敏感的环境(例如珊瑚礁，考古现场，甚至是游泳者拥挤的水域)中操作。

合著者Thierry Bujard是南安普敦大学海军建筑学的硕士生，他在短短几个月内设计并制造了该机器人。蒂埃里说：“以前用喷射系统推动水下机器人的尝试涉及将水推过刚性管，但我们想进一步推广，以便为模拟生物学带来弹性和共鸣。我对结果感到非常惊讶，我充满信心可以进行设计，但是机器人的效率比我预期的要高得多。”

大学工程学院副教授加布里埃尔·韦茅斯(Gabriel Weymouth)博士对该项目进行了监督，他补充说：“使用共振的好处在于，我们可以用很小的功率来实现推进钟的大振动;我们只需要将其戳破形状，然后让弹性和惯性完成其余部分，这使我们能够释放出使用喷气机游泳的海洋生物所使用的推进效率。

“在过去十年中，对诸如波士顿动力公司的“ Big Dog”之类的具有柔性和生物启发性的机器人的研究激增，因为它们可以比标准的工业机器人具有更多的用途。这项研究表明，这些概念也可以应用于水下机器人。

“使用软水下机器人技术仍然有许多挑战和令人兴奋的探索机会。我们现在正在寻求将这种机器人背后的概念扩展到能够感知和导航其环境的完全可操纵和自主的水下航行器。”

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