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

據外媒報道，美科學(xué)家根據魚(yú)類(lèi)在游動(dòng)中展示的生物力學(xué)和流體力學(xué)特征，結合機器人技術(shù)，開(kāi)發(fā)智能機器魚(yú)尾，以期用于下一代水下潛航器的設計。

據報道，8月出版的《科學(xué)機器人》雜志，刊登了美國弗吉尼亞大學(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(chēng)，通過(guò)觀(guān)察魚(yú)類(lèi)游動(dòng)不難發(fā)現，大部分魚(yú)類(lèi)為保持水下游動(dòng)的靈活性，會(huì )根據自身與外部情況隨時(shí)調整方向、速度和深度，這些調整主要依靠魚(yú)身“推進(jìn)器”——魚(yú)尾完成。由于現有科學(xué)方法無(wú)法測量魚(yú)在游動(dòng)過(guò)程中尾部變化情況，因此很難準確掌握魚(yú)是如何做到這一點(diǎn)的。研究人員通過(guò)構建仿真模型，解析不同情況下魚(yú)尾如何影響?hù)~(yú)的游動(dòng)，并在此基礎上得出結論。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)一步驗證該結論，研究人員仿照金槍魚(yú)外形制造出一條機器魚(yú)，在其尾部加裝由程序控制的人工肌腱，以調節尾部的擺動(dòng)情況。在高速、不規則、非對稱(chēng)水流條件下，進(jìn)行兩種游動(dòng)測試。一種是調節尾部擺動(dòng)進(jìn)行游動(dòng)，另一種是固定尾部進(jìn)行游動(dòng)。測試結果顯示，在前一種情況下，機器魚(yú)的游動(dòng)速度更快，能量消耗更少。由此表明，推進(jìn)器可調節技術(shù)將對水下潛航效率帶來(lái)改變。

在設計下一代水下潛航器時(shí)，難題在于如何實(shí)現對推進(jìn)器的智能調節。因為水下環(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?chē)乐匦什蛔恪?/p>

報道稱(chēng)，此項研究首次將生物力學(xué)、流體力學(xué)和智能機器人技術(shù)結合起來(lái)，綜合研究推進(jìn)器擺動(dòng)對水下航行的影響，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)現水下航行的高速與高效。研究人員希望在此基礎上，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的設計制造。

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