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

據(jù)外媒報(bào)道，美科學(xué)家根據(jù)魚(yú)類在游動(dòng)中展示的生物力學(xué)和流體力學(xué)特征，結(jié)合機(jī)器人技術(shù)，開(kāi)發(fā)智能機(jī)器魚(yú)尾，以期用于下一代水下潛航器的設(shè)計(jì)。

據(jù)報(bào)道，8月出版的《科學(xué)機(jī)器人》雜志，刊登了美國(guó)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(guò)觀察魚(yú)類游動(dòng)不難發(fā)現(xiàn)，大部分魚(yú)類為保持水下游動(dòng)的靈活性，會(huì)根據(jù)自身與外部情況隨時(shí)調(diào)整方向、速度和深度，這些調(diào)整主要依靠魚(yú)身“推進(jìn)器”——魚(yú)尾完成。由于現(xiàn)有科學(xué)方法無(wú)法測(cè)量魚(yú)在游動(dòng)過(guò)程中尾部變化情況，因此很難準(zhǔn)確掌握魚(yú)是如何做到這一點(diǎn)的。研究人員通過(guò)構(gòu)建仿真模型，解析不同情況下魚(yú)尾如何影響魚(yú)的游動(dòng)，并在此基礎(chǔ)上得出結(jié)論。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，魚(yú)尾的肌肉張力與航速的平方成正比。為進(jìn)一步驗(yàn)證該結(jié)論，研究人員仿照金槍魚(yú)外形制造出一條機(jī)器魚(yú)，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(dòng)情況。在高速、不規(guī)則、非對(duì)稱水流條件下，進(jìn)行兩種游動(dòng)測(cè)試。一種是調(diào)節(jié)尾部擺動(dòng)進(jìn)行游動(dòng)，另一種是固定尾部進(jìn)行游動(dòng)。測(cè)試結(jié)果顯示，在前一種情況下，機(jī)器魚(yú)的游動(dòng)速度更快，能量消耗更少。由此表明，推進(jìn)器可調(diào)節(jié)技術(shù)將對(duì)水下潛航效率帶來(lái)改變。

在設(shè)計(jì)下一代水下潛航器時(shí)，難題在于如何實(shí)現(xiàn)對(duì)推進(jìn)器的智能調(diào)節(jié)。因?yàn)樗颅h(huán)境并非既定不變，在某些環(huán)境下工作良好的推進(jìn)器，在另一種環(huán)境下可能嚴(yán)重效率不足。

報(bào)道稱，此項(xiàng)研究首次將生物力學(xué)、流體力學(xué)和智能機(jī)器人技術(shù)結(jié)合起來(lái)，綜合研究推進(jìn)器擺動(dòng)對(duì)水下航行的影響，有助于解答推進(jìn)器擺動(dòng)如何影響航行效率。此項(xiàng)研究不僅進(jìn)行了理論分析，還提出可行的解決方案，實(shí)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(jì)制造。

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