随着频率和振幅的增加,自由游动速度和固定鳍力都会增加


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随着频率和振幅的增加,自由游动速度和固定鳍力都会增加


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随着频率和振幅的增加,自由游动速度和固定鳍力都会增加


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最佳波长与观察到的鱼鳍运动学相匹配与改变行波运动学参数相关的一些趋势非常直观 。 随着频率和振幅的增加 , 自由游动速度和固定鳍力都增加 , 自由游动的刀鱼也显示出类似的趋势 。 与变化相关的趋势空间波长不那么直观 。 根据幽灵机器人和实验 , 存在使游泳速度最大化的最佳波长 。 有趣的是 , 幽灵机器人的最佳鳍长与波长之比与自由游动的刀鱼的自然运动学相匹配 , 尽管大小不同 。

正在进行研究以揭示机器人鳍中这一特定运动学参数背后的机制 , 以及对于不同纵横比的鳍是否存在最佳运动学不变量 。带状翅片的不同机械性能 , 各种物理模型的特点是其构造中使用的翅片材料具有广泛的机械性能 。 采用刚性丙烯酸链节 , 而大多数其他机器人鳍设计使用柔性材料 。 幽灵机器人使用杨氏模量的莱卡鳍 , 类似于在另一种鱼类中测量的鳍膜 。

科学家比较了两种翅片材料 , 一种比莱卡硬的材料 , 另一种更硬的材料 。 虽然两种材料的鳍片的游泳速度没有显着差异 , 但研究人员确实发现在少数情况下 , 较软材料的效率有所提高 。 科学家使用的机器人带状鳍模型 。 依靠鳍片材料的柔韧性来产生行波波动 , 因为鳍片仅在末端被驱动 。很明显 , 从这些机器人带状翅片模型中几乎无法得出关于翅片机械性能变化的影响的结论 。

然而 , 在起伏的扑翼上进行的类似工作虽然通常与尾鳍游泳的身体起伏有关 , 但可以阐明带状鳍推力对鳍的机械性能的重要依赖性 。 最后 , 鱼的骨鳐是灵活的并且实际上是弯曲的 , 而不是像许多机器人带状鳍模型中使用的刚性鳐一样简单地旋转 。 对其他鳍的柔性射线的研究 , 例如尾鳍 , 有望在未来的带状鳍模型中激发类似的工作 , 以更好地匹配生物带状鳍运动学 。 这将有助于进一步研究它们对鱼类游泳的机械影响 。

向内反向传播波产生增加的升沉 , 到目前为止 , 对带状翅片力学的讨论集中在单个沿带状翅片的行波 , 产生与翅片成一定角度的推力 。 虽然刀鱼可以产生头端到尾端和尾端到头端的行波 , 但它们也可以同时在两个方向上产生波 。 这些向内的反向传播波起源于鳍的任一端 , 在悬停期间 , 在鳍中部的某个位置相遇 , 称为节点 。 刀鱼使用这些运动学在静止或缓慢移动的水中保持站姿 , 类似于引金鱼如何产生行进在它的腹鳍和背鳍上以相反的方向波浪 。

科学家在两个横向分离的带状翅片上实施反向传播波以执行转动运动 。 幽灵机器人被用作物理模型 , 通过测量力和流动特征 , 并测试替代假设 。 从这些涉及向内传播波的实验中得出了几个结论 , 其中两个行波出现在机器人带状鳍的相等长度上 , 适合在静水中盘旋 。 首先 , 虽然每个单独波浪产生的推力的冲击分量应该被抵消 , 但升沉分量应该仍然存在 。

【随着频率和振幅的增加,自由游动速度和固定鳍力都会增加】有趣的是 , 向内波浪产生的升力比向外波浪多约百分之四十 。 这种差异至少可以部分地由两组运动学产生的流动特征来解释 。  对于内向波 , 沿鳍的节点处会产生强烈的向下射流 , 向外的波浪没有向下的射流 。 其次 , 虽然驻波也产生类似量的升沉力 , 以及在驻波节点处产生较小的向下射流 , 但一个周期内的可变性非常高 , 表明力学不稳定 。 因此 , 向内反向传播的波允许在起伏方向上稳定驱动 , 这对于需要高机动性的鱼和机器人都非常有用 。

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