受黃貂魚啟發的鰭提高了水下機器人的敏捷性並防止海底碰撞
加州大學河濱分校的研究人員利用機器人鰭，了解了黃貂魚如何以令人印象深刻的控制力游泳。這些見解可以幫助水下航行器避免災難性的地面碰撞。在野外，鰩魚分為兩大類：中上層的，如蝠鱝，翱翔在海底上方；底棲的，如黃貂魚，緊貼海底。它們的游泳風格反映了它們的棲息地。遠洋鰩魚像鳥一樣平穩地拍動鰭。底棲射線隨著波浪的運動而波動。加州大學河濱分校機械工程助理教授朱遠航懷疑這些區別不僅僅是美學上的。他和他的同事認為，這些變化與游泳穩定性有關，進而與生存有關。為了探索這一點，朱和合作者建造了一個模仿射線運動的機器人鰭。他們在模擬海洋流動的大型水隧道中進行了測試，測量不同的游泳運動如何影響升力，即幫助魚保持水平或將其拉向海底的力。觀察到不穩定的地面效應 他們的發現令他們感到驚訝。在海底附近，鰩魚受到負升力，這意味著它們被向下拉。這種效果與鳥類在接近地面穩定飛行時所經歷的效果相反。研究人員將其描述為“不穩定的地面效應”。鳥類和飛機能夠穩定地保持翅膀，並受益於其下方的氣墊。相比之下，鰩魚不斷地移動它們的鰭，這改變了物理原理。論文合著者、弗吉尼亞大學機械工程副教授 Daniel Quinn 表示：“造成鰩魚在海底附近游動方式不同的原因有很多，而這些原因與升力和推力無關，因此我們不確定是否可以測量游動方式之間的差異。” “但結果是驚人的。” “這不是我們所期望的，”朱說。 “光線沒有在地面附近獲得額外的升力，而是被向下拉。但大自然似乎已經解決了這個問題。”事實上，真正的鰩魚游泳時會稍微向上傾斜。當研究人員將機器人的鰭片角度調整幾度時，負升力就消失了。 “這是一個小變化，但效果很大，”朱說。研究小組還發現，使用波動、波浪式游動的鰩魚比那些純粹振盪、拍打運動的鰩魚具有更好的離地間隙。在模擬中，帶有波動鰭的機器人游泳者保持水平的時間更長，而振盪游泳者則更快地墜入地面。未來的仿生機器人這些發現表明，鰩魚不同的游泳方式是維持環境穩定性的進化策略。朱設想的機器人可以在游泳方式之間切換。機器人可以像蝠鱝一樣在開闊的水域中滑行，然後在海底附近切換成黃貂魚的波動。模仿黃貂魚在低空保持水平的能力可以幫助水下航行器避免災難性的碰撞。撞擊可能會導致傳感器失效、鰭片折斷或攪動沉積物導致攝像機失明。在隱身性很重要的水下任務中，離地面幾英寸的距離就可以決定成敗。奎因說：“這個項目的結果幫助我們思考為什麼底棲鰩魚的游動方式不同，也可能指導受鰩魚啟發的機器人的設計，這些機器人可用於繪製海底地圖。”朱與里哈伊大學和愛荷華州立大學的研究人員合作。該項目由美國國家科學基金會和海軍研究辦公室資助。 “通常，人造機器人既不能在海洋中游泳，又不能在地面附近輕鬆機動，”朱說。 “但是，通過觀察光線如何在波動和振蕩之間調整，我們現在明白了這是如何可能的。”該研究發表在《皇家學會界面雜誌》上。
已发布: 2026-01-22 23:36:00
