研究人員孕育出新型機器魚

一種由柔性聚合物製成的更光滑的機器魚,能更好地模仿天然魚的力學原理

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工程師們長期以來一直從大自然中尋找線索,以幫助他們製造出動作接近生物的優雅的機器人。儘管使用剛性的金屬和塑膠部件往往會導致僵硬的機械運動,但麻省理工學院 (M.I.T.) 的一個團隊正在試驗使用一塊柔性矽膠和聚氨酯聚合物來製造機器魚,它們像天然魚一樣在水中平穩地擺動。

魚透過收縮身體兩側的肌肉來推進自己,產生一個從頭部到尾部傳播的波浪。為了模仿這種運動,麻省理工學院的研究人員創造了兩種不同型別的機器魚。

第一種水生自動機,大約12.7釐米,模仿鰺形的游泳技術,這種技術被鱸魚鱒魚使用。大部分運動發生在身體的尾部,在麻省理工學院機電一體化研究實驗室工作的研究員帕勃羅·瓦爾迪維亞·阿爾瓦拉多說,他與麻省理工學院機械工程教授兼實驗室主任卡邁勒·尤塞夫-圖米合作。他補充說,使用這種運動方式的魚通常是快速游泳者。

第二種是20釐米長的機器魚,設計成更像金槍魚鯊魚的運動方式,它們遊得更快,距離更長。這些魚(以及海豚)的運動集中在尾部和尾部與身體連線的區域。


麻省理工學院的機器魚原型在水中以接近每秒一個體長的速度穿行,這對於機器魚來說很快,但與真正的魚類無法比擬,據研究人員稱,真正的魚類可以以每秒高達自身體長10倍的速度游泳。

機器魚專案是瓦爾迪維亞·阿爾瓦拉多在麻省理工學院的博士論文工作的延伸,他的論文旨在建立“一種透過利用順應性物體的自然振動來構建移動機器人的方法”,他說。當人們建造機器人時,無論是類人機器人、四足機器人還是魚類,他們傾向於創造非常複雜的機制,這種複雜性通常會產生多個潛在的故障點,從而對他們不利,瓦爾迪維亞·阿爾瓦拉多說。由於他和尤塞夫-圖米創造的機器魚是由一整塊聚合物製成的,因此它比前幾代機器魚更容易做到防水。

瓦爾迪維亞·阿爾瓦拉多和尤塞夫-圖米從之前的機器魚研究中獲得的大量資料中受益。1994年,麻省理工學院的海洋工程師展示了機器金槍魚,這是一條1.2米長的機器魚,由六個電機控制的2,843個部件組成。瓦爾迪維亞·阿爾瓦拉多的機器魚由單個電機驅動,由包括身體和佈線在內的不到10個部件組成。其他機器魚實驗由英格蘭埃塞克斯大學加州理工學院其他一些機構進行。

雖然機器金槍魚和隨後出現的幾種機器魚的建造是為了幫助研究人員研究流體動力學和魚類如何游泳,但瓦爾迪維亞·阿爾瓦拉多希望他的新一代機器魚能夠催生自主水下裝置,可以執行多項工作,例如檢查水下船隻和石油天然氣管道、巡邏水道和檢測環境汙染物。他的初始原型與外部電源連線,但未來將包括電池供電型號。

基本的魚只是第一步。到12月,瓦爾迪維亞·阿爾瓦拉多和尤塞夫-圖米計劃建造一個原型蝠鱝和火蜥蜴,這兩者都需要比最初的機器魚更復雜的運動。

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