受蝠鲼生物力学的启发，北卡罗莱纳州立大学的研究人员开发了一种节能的软机器人，它的游泳速度比以前的游泳软机器人快四倍多。这种机器人被称为“蝴蝶机器人”，因为它们的游泳动作类似于人在游蝶泳时手臂的运动方式。
小狐仙vip“到目前为止，游泳软机器人的游泳速度还不能超过每秒一个体长，但海洋动物——比如蝠鲼——能够游得更快，也更有效，”北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程副教授、该研究论文的通讯作者尹杰(音)说。“我们想利用这些动物的生物力学，看看我们是否可以开发出更快、更节能的软机器人。我们开发的原型运行得非常好。”
研究人员开发了两种类型的蝴蝶机器人。其中一辆是专门为速度而建造的，它的平均速度可以达到每秒3.74身长。第二辆被设计成高度机动性，能够向右或向左急转弯。这个可操作的原型能够达到每秒1.7体长的速度。
“研究空气动力学和生物力学的研究人员使用一种叫做斯特劳哈尔数的东西来评估飞行和游泳的动物的能量效率，”这篇论文的第一作者、最近从北卡罗来纳州立大学毕业的博士池胤丁说。“当动物在游泳或飞行时，斯特劳哈尔数在0.2到0.4之间，就会出现推进效率的峰值。我们的两个蝴蝶机器人的斯特劳哈尔数值都在这个范围内。”
蝴蝶机器人的游泳能力来自它们的翅膀，它们是“双稳态”的，这意味着翅膀有两种稳定状态。翅膀类似于一个发夹。发夹是稳定的，直到你施加一定的能量(通过弯曲它)。当能量达到临界点时，发夹就会折断成不同的形状——这也是稳定的。
在蝴蝶机器人中，受发夹启发的双稳态翅膀被连接到一个柔软的硅胶身体上。用户通过将空气泵入软体内部的腔室来控制机翼两种稳定状态之间的切换。当这些腔室膨胀和收缩时，身体会上下弯曲——迫使翅膀随着腔室的膨胀和收缩前后折断。
殷教授说:“以前开发扑动机器人的开车视频疼痛有声音免费软件app湖南教育网大多数尝试都集中在利用电机直接为翅膀提供动力。”“我们的方法使用双稳态机翼，通过移动中心身体被动驱动。这是一个重要的区别，因为它可以简化设计，降低重量。”
速度更快的蝴蝶机器人只有一个“驱动单元”——柔软的身体——用来控制它的两个翅膀。这使得它非常快，但很难向左或向右转弯。这个可操作的蝴蝶机器人本质上有两个驱动单元，它们是并排连接的。这种设计允许用户操纵两边的机翼，或者只“拍打”一个机翼，这使它能够进行急转弯。
“这项工作是一个令人兴奋的概念证明，但它有局限性，”尹说。“最明显的是，目前的原型机是由细长的管道系住的，我们用它来将空气泵入中心体。我们目前正在开发一个不受束缚的自动驾驶版本。”
这篇论文名为“抓拍高速高效的蝶泳式软泳者”，将于11月18日发表在开放获取的《科学进展》杂志上。这篇论文的合著者是北卡罗来纳州立大学的博士生Yaoye Hong;以及北卡罗来纳州立大学博士后研究员赵尧和李彦斌的研究。这项工作得到了美国国家科学基金会CMMI-2005374和CMMI-2126072拨款的支持。
蝴蝶机器人的视频可以在https://youtu.be/Pi-2pPDWC1w上找到。
故事来源:
BT天堂网在线WWW中文材料由北卡罗莱纳州立大学提供。马特·希普曼原创。注意:内容可以根据风格和长度进行编辑。
