文章图片
【鱿鱼罩中的纤维支撑结构，可以作为软体机器人身体设计的灵感来源】
文章图片
文章图片
研究人员制造了一种从蝠鲼衍生而来的主动振荡、可变形的鳍 ， 并分析了它的流体动力学特性 。 科学家进行了其他研究以评估其游泳潜力和效率 ， 他们调查文章强调了进一步的进展 。到目前为止 ， 研究人员强调的所有示例都可以相对容易地适应标准机器人平台 ， 因为推进器中存在灵活性 ， 而机器人本身或内部结构仍然是一个刚体 ， 电机和标准执行器可以贴 。 正是在这方面 ， 海洋无脊椎动物 ， 特别是属于门和头足纲的海洋无脊椎动物 ， 是独一无二的 。
这些海洋动物没有刚性的内部结构 ， 并利用所谓的“肌肉流体调节器”保持所需的形状 。 在“肌肉静液压”布置中 ， 肌肉不仅驱动身体运动 ， 还为这些运动提供骨骼支撑 。 因此 ， 这些动物提供了一个生物模型来帮助指导完全软机器人的设计 ， 没有任何刚性结构 。 这些海洋无脊椎动物运动的一个共同特征是周期性地产生有限的推进射流 。
很像用于流量控制的合成射流致动器 ， 这些动物在摄入和排出流体之间交替 ， 因此在整个循环中没有净质量通量 ， 但有一个正动量通量提供推进力 。 当水母身体收缩时 ， 这种推进机制就开始了 ， 这减少了子伞腔的体积并迫使推进射流 。 紧接着 ， 身体膨胀回到原来的体积 ， 重新填充空腔 。 经过一段时间的滑行后 ， 脉动循环完成 ， 水母开始新的循环 。
与具有等效体积通量的连续射流相比 ， 与脉冲射流相关的涡环形成已知可增强脉冲 ， 这种推进方式有被用来为细长、低阻力的水下机器人提供精确的低速机动 。 由于推进器可以放置在车体内部 ， 流线型的船体形状不受添加推进器进行机动的影响 ， 脉冲喷气机也被用作主要的推进方式 ， 其推进效率比以前假设的高动量喷气推进器要高 ， 就像乌贼本身一样 。 尽管推进器从鱿鱼和水母的推进中汲取灵感 ， 但它们通常用于传统的刚性水下航行器 。 显然 ， 这些动物的形态表明这种类型的推进可以很容易地应用于水下软机器人 。
此外 ， 鱿鱼罩中的纤维支撑结构也可以作为软体机器人身体设计的灵感来源 。 交织的外衣纤维结构有助于保持鱿鱼的形状并分配肌肉的动作 。 此外 ， 它们的排列最大化了给定收缩的推进输出和地幔再膨胀期间释放的纤维中的能量储存 。 类似的支撑结构可以大大减少软机器人中所需执行器的数量 ， 从而降低其复杂性 。当鱿鱼和水母喷出射流在水中推进时 ， 它们会在内部腔体的压力和外部流体的压力之间产生不平衡 ， 从而驱动运动 。
因此 ， 在设计受这种推进力启发的软水下机器人时 ， 内部压力动力学至关重要 。 外部压力分布也强烈影响这些动物的游泳 。 然而 ， 与外部压力分布相关的动力学与内部压力的动力学根本不同 。 水下运动物体上的外部压力通常被归类为阻力或附加质量力 ， 并且有多项研究专注于减少这些力 。车身变形可以最大限度地减少推进喷射所需的总工作量 。
然而 ， 考虑到外部压力时 ， 这些变形可能仍然是最佳的 ， 因为喷射所需的小规模变形对整体阻力曲线的影响非常小 。此外 ， 在喷射过程中 ， 喷射力本身比阻力强得多 ， 这些动物的巨大加速度证明了这一点中提供了任何轴对称可变形腔体的内部压力分布模型 。该模型允许有关人员将内部压力与腔体的变形联系起来 ， 这将由所提出的软机器人直接控制 。 这种模型的有用之处在于循环是无粘性流动的运动不变量 ， 因此空腔或射流区域的循环变化率可以计算为涡量通量和源项的总和 。
推荐阅读
- 为何狮子和老虎不吃大熊猫？是因为打不过它吗？
- 世界上最可爱的六种动物，大熊猫榜上有名，第一名副其实
- 糖尿病细胞疗法迎来突破：首次成功用干细胞培养出功能齐全的胰岛
- 矿石药材的分类与作用
- 我国天眼与美国天眼有什么不一样？
- 鸟中大熊猫！江阴首次发现全球性近危物种震旦鸦雀 暗示了什么？