研究人员孕育出新型机器鱼

一种由柔性聚合物制成的更光滑的机器鱼,能更好地模仿天然鱼的力学原理

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工程师们长期以来一直从大自然中寻找线索,以帮助他们制造出动作接近生物的优雅的机器人。尽管使用刚性的金属和塑料部件往往会导致僵硬的机械运动,但麻省理工学院 (M.I.T.) 的一个团队正在试验使用一块柔性硅胶和聚氨酯聚合物来制造机器鱼,它们像天然鱼一样在水中平稳地摆动。

鱼通过收缩身体两侧的肌肉来推进自己,产生一个从头部到尾部传播的波浪。为了模仿这种运动,麻省理工学院的研究人员创造了两种不同类型的机器鱼。

第一种水生自动机,大约12.7厘米,模仿鲹形的游泳技术,这种技术被鲈鱼鳟鱼使用。大部分运动发生在身体的尾部,在麻省理工学院机电一体化研究实验室工作的研究员帕勃罗·瓦尔迪维亚·阿尔瓦拉多说,他与麻省理工学院机械工程教授兼实验室主任卡迈勒·尤塞夫-图米合作。他补充说,使用这种运动方式的鱼通常是快速游泳者。

第二种是20厘米长的机器鱼,设计成更像金枪鱼鲨鱼的运动方式,它们游得更快,距离更长。这些鱼(以及海豚)的运动集中在尾部和尾部与身体连接的区域。


麻省理工学院的机器鱼原型在水中以接近每秒一个体长的速度穿行,这对于机器鱼来说很快,但与真正的鱼类无法比拟,据研究人员称,真正的鱼类可以以每秒高达自身体长10倍的速度游泳。

机器鱼项目是瓦尔迪维亚·阿尔瓦拉多在麻省理工学院的博士论文工作的延伸,他的论文旨在创建“一种通过利用顺应性物体的自然振动来构建移动机器人的方法”,他说。当人们建造机器人时,无论是类人机器人、四足机器人还是鱼类,他们倾向于创造非常复杂的机制,这种复杂性通常会产生多个潜在的故障点,从而对他们不利,瓦尔迪维亚·阿尔瓦拉多说。由于他和尤塞夫-图米创造的机器鱼是由一整块聚合物制成的,因此它比前几代机器鱼更容易做到防水。

瓦尔迪维亚·阿尔瓦拉多和尤塞夫-图米从之前的机器鱼研究中获得的大量数据中受益。1994年,麻省理工学院的海洋工程师展示了机器金枪鱼,这是一条1.2米长的机器鱼,由六个电机控制的2,843个部件组成。瓦尔迪维亚·阿尔瓦拉多的机器鱼由单个电机驱动,由包括身体和布线在内的不到10个部件组成。其他机器鱼实验由英格兰埃塞克斯大学加州理工学院其他一些机构进行。

虽然机器金枪鱼和随后出现的几种机器鱼的建造是为了帮助研究人员研究流体动力学和鱼类如何游泳,但瓦尔迪维亚·阿尔瓦拉多希望他的新一代机器鱼能够催生自主水下设备,可以执行多项工作,例如检查水下船只和石油天然气管道、巡逻水道和检测环境污染物。他的初始原型与外部电源连接,但未来将包括电池供电型号。

基本的鱼只是第一步。到12月,瓦尔迪维亚·阿尔瓦拉多和尤塞夫-图米计划建造一个原型蝠鲼和火蜥蜴,这两者都需要比最初的机器鱼更复杂的运动。

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