本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
章鱼大部分时间都在海底爬行寻找晚餐,并试图避免成为晚餐。但当它需要快速移动时,它可以切换到超速模式并喷射离开。为了做到这一点,它将水吸入外套膜,然后通过漏斗快速排出。漏斗有助于充当转向机制,并且可以指向以引导章鱼的飞行。
虽然这是一个非常基本的概念——鱿鱼也使用它——但我们人类在制造与之非常相似的东西方面一直很慢。我们的水下推进系统主要是动力连续的(想想螺旋桨,甚至摩托艇和船只)。但是这种不连续系统有一些优势。它功能强大、高效且隐蔽。
现在,德国弗劳恩霍夫制造工程与自动化研究所的一个研究团队已经为这种章鱼启发的推进系统开发了一个工作原型。并且它可以用柔性塑料进行 3D 打印。
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该系统由四个弹性体球组成,这些球包含阀门和泵来控制内部的水流。水进入其中一个腔室,并在被阀门密封后,周围的结构被活塞压塌——很像章鱼外套膜的挤压,将水射出漏斗。“该系统简单但有效,”该项目的工程师 Andreas Fischer 在一份准备好的声明中说。“当章鱼使用它时,它们可以在短距离内显着加速。”
章鱼集成项目的研究人员也在研究推进问题,该项目正在努力构建一个完全软体的机器人章鱼。2011 年我参观该实验室时,意大利圣安娜高等学校海洋技术和海洋机器人中心博士后研究员 Francesco Giorgio-Serchi 向我展示了他们如何进行这个过程。由于他们的目标是更忠实地复制章鱼,他们实际上使用的是章鱼外套膜的硅胶铸件,而不是更抽象的形状。这种模型构建和使用起来都更复杂,但它使他们能够更详细地研究章鱼使用的流体动力学,例如涡环。
德国研究团队构建的新型可挤压喷气装置无疑更容易制造。熔化的热塑性塑料被送入 3D 挤出机,然后从底部向上打印每个形状。结果是柔性、可扩展的组件,可以承受高压而不会永久变形。有点像章鱼。
插图由Ivan Phillipsen提供