水下“鱿鱼”机器人游动自如 通过压缩身体释放能量

美国加州大学圣地亚哥分校的工程师们建造了一个像鱿鱼一样的机器人，可以不受束缚地游泳，通过产生水流来推动自身。机器人将自己的动力带入体内。它还可以携带用于水下探索的传感器，例如照相机。

鱿鱼机器人的组成

这款鱿鱼机器人主要由诸如丙烯酸聚合物之类的柔软材料制成，并带有一些刚性的，3D打印的和激光切割的零件。在水下勘探中使用软机器人对于保护鱼类和珊瑚很重要，因为僵硬的机器人可能会损坏鱼类和珊瑚。但是软机器人趋于缓慢移动并且难以操纵。

鱿鱼机器人的其中一名研究人员，加州大学圣地亚哥分校机械与航天工程系教授迈克尔·托利说：“实质上，我们重新创建了鱿鱼用于高速游泳的所有关键特征。” “这是第一个可以像乌贼一样产生快速运动的喷射脉冲的无束缚机器人，并且可以通过改变其身体形状来实现这些喷射脉冲，从而提高游泳效率。”

鱿鱼机器人是如何工作的呢

该研究团队由机器人专家和计算机模拟以及实验流体动力学方面的专家组成，他们将头足类动物作为解决其中某些问题的好模型。例如，借助射流推进机制，鱿鱼可以达到任何水生无脊椎动物中最快的速度。

他们的机器人将大量的水带入体内，同时将弹性能量存储在皮肤和柔软的肋骨中。然后，它通过压缩身体释放能量，并产生水流以推动自身。

静止时，鱿鱼机器人的形状大致像纸灯笼，并在其两侧具有像弹簧一样起作用的柔性肋。肋条连接到机器人两端的两个圆形板上。其中一个连接到喷嘴，当机器人的身体收缩时，喷嘴既吸水又喷水。另一块板可以携带防水相机或其他类型的传感器。

工程师首先在加州大学圣地亚哥分校机械与航天工程系Geno Pawlak教授的实验室的水试验台上对机器人进行了测试。然后他们把它拿出来在斯克里普斯海洋学研究所加州大学圣地亚哥分校白桦水族馆的一个水箱里游泳。

他们证明了机器人可以通过调整喷嘴的方向进行转向。像任何水下机器人一样，防水是电池和相机等电气组件的关键问题，他们将机器人的速度定为每秒18到32厘米（约每小时半英里），这比大多数其他软件要快机器人。

“在我们能够优化机器人的设计使其可以在实验室的水箱中游泳之后，看到该机器人能够成功地在大型珊瑚和鱼类之间的大型水族馆中游泳，尤其令人兴奋。在现实世界中的应用”，领导该研究的Caleb Christianson说。在Tolley的研究小组工作。他现在是位于圣地亚哥的Dexcom的高级医疗设备工程。

研究人员进行了几次实验，以找到能推动机器人的喷嘴的最佳尺寸和形状。反过来，这又帮助他们提高了机器人的效率以及操纵和行驶速度的能力。这主要是通过模拟这种喷气推进来完成的，朱强教授及其团队在加州大学圣地亚哥分校的结构工程系领导下进行了这项工作。该团队还了解了更多有关如何将能量存储在机器人身体和皮肤的弹性组件中的信息，这些能量随后被释放以产生射流。

鱿鱼机器人下水视频