研究人員在其生命周期的幼蟲階段使用了月亮水母的形狀

新的機(jī)器人水母可能是監(jiān)測(cè)和照顧世界海洋脆弱部分而不損害它們的關(guān)鍵。

這些機(jī)器人是由佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)(FAU)和美國(guó)海軍研究辦公室的美國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)開發(fā)的。它們被設(shè)計(jì)成能夠自由游動(dòng)，從一側(cè)到另一側(cè)轉(zhuǎn)向，并通過(guò)狹窄的開口游泳。

研究人員今天在Bioinspiration和Biomimetics期刊上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。

通訊作者，來(lái)自FAU的Erik Engeberg博士說(shuō)：“研究和監(jiān)測(cè)脆弱的環(huán)境，如珊瑚礁，對(duì)海洋研究人員來(lái)說(shuō)一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。軟機(jī)器人有很大的潛力來(lái)幫助解決這個(gè)問(wèn)題。

“基于魚類和其他海洋動(dòng)物的仿生軟機(jī)器人在過(guò)去幾年中在研究界得到了普及。水母是非常有用的候選者，因?yàn)樗鼈兪欠浅Ｓ行У挠斡具\(yùn)動(dòng)員。

“它們的推進(jìn)性能是由于它們的身體形狀，它可以產(chǎn)生渦旋，噴射推進(jìn)，劃船和基于吸力的運(yùn)動(dòng)的組合。”

為了利用這種表現(xiàn)，研究人員在其生命周期的幼蟲階段使用了月亮水母(Aurelia aurita)的形狀。雖然先前的機(jī)器人 水母設(shè)計(jì)使用了各種不同的推進(jìn)機(jī)制，但該團(tuán)隊(duì)的新水母設(shè)計(jì)使用液壓網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行推進(jìn)。

恩格伯格博士說(shuō)：“機(jī)器人的主要應(yīng)用是探索和監(jiān)控脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，因此我們選擇了軟液壓網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行器以防止意外損壞。此外，活水母具有中性浮力。為了模仿這一點(diǎn)，我們用水來(lái)充氣液壓游泳時(shí)的網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行器。“

為了讓水母轉(zhuǎn)向，該團(tuán)隊(duì)使用兩個(gè)葉輪泵給八個(gè)觸須充氣。葉輪泵設(shè)計(jì)產(chǎn)生水流開路，來(lái)自環(huán)境的水被泵入軟致動(dòng)器以產(chǎn)生游泳行程。當(dāng)泵未通電時(shí)，觸手致動(dòng)器硅橡膠材料的彈性限制了致動(dòng)器，以在松弛階段將水推回到環(huán)境中。

這種彈性就像鐘形收縮后活水母所表現(xiàn)出的被動(dòng)彈性。該設(shè)計(jì)還消除了對(duì)閥門的需求，降低了控制復(fù)雜性，空間要求和成本。

該團(tuán)隊(duì)3-D印刷了五種不同的機(jī)器人水母，使用硅橡膠作為執(zhí)行器。每只水母都有不同的橡膠硬度，以測(cè)試它對(duì)推進(jìn)效率的影響。

他們還測(cè)試了機(jī)器人通過(guò)在有機(jī)玻璃板上切割的圓形孔擠壓狹窄開口的能力。

恩格伯格博士說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)機(jī)器人能夠通過(guò)比機(jī)器人公稱直徑更窄的開口游泳。未來(lái)，我們計(jì)劃將聲納等環(huán)境傳感器納入機(jī)器人的控制算法，以及導(dǎo)航算法。將使它能夠找到差距，并確定它是否可以游過(guò)它們。“