[蓝海星智库]高游速仿生机器鱼

受美国国防部多学科大学研究计划资助，弗吉尼亚大学与哈佛大学合作，研制出仿黄鳍金枪鱼和大西洋鲭鱼的机器鱼，并研究了其高频摆尾下的速度和力量。

本文插图
图1 机器鱼设计图
鱼类的摆尾频率为0.1~20Hz ，游速超过20体长/s 。然而，大多数仿生机器鱼的摆尾频率为0.25~3Hz ，游速仅0.25~1.5体长/s 。即使提高机器鱼的摆尾频率，游速通常也小于1体长/s ，且功耗较高。为了研究高摆尾频率下机器鱼的动力学特性，研究人员研制出仿黄鳍金枪鱼和大西洋鲭鱼的机器鱼。该机器鱼质量为0.306kg ，长255.3mm ，宽49.2mm ，高67.8mm ，与幼年金枪鱼和成年鲭鱼体型相仿，主要由头部组件、中央执行区和尾鳍组件构成。研究人员通过去掉除尾巴外的所有鳍，以重点分析机器鱼身体和尾部对运动性能的影响。研究发现：机器鱼最大摆尾频率达到15Hz ，游速为4体长/s；在宽摆尾频率范围内，机器鱼鱼身的线运动学特征与头节鱼类似，但尾鳍的运动特征不同，这是由于机器鱼使用的是刚性尾鳍；随摆尾频率增加，运输成本（能耗/游速）与鱼身长度呈U形关系。当电池组能量为10Wh ，机器鱼游速为0.4m/s时，可续航9.1km；游速为1.0m/s时，则可续航4.2km 。
【[蓝海星智库]高游速仿生机器鱼】这种机器鱼可用于国防、海洋资源勘探、基础设施检测等。