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【水下机器人，对于探索宝贵的资源和海洋生物有很多的作用】
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水下机器人对于探索宝贵的资源和海洋生物非常有用 。 传统的水下机器人使用螺旋桨 ， 可能对海洋生物有害 。 相比之下 ， 结合了水生动物的游泳原理、形态和柔软度的机器人 ， 预计将更能适应周围环境 。 拉吉形式是自然界观察到的游泳形式之一 ， 它通过在平坦的大胸鳍上产生行波来游泳 。 从解剖学角度看起来 ， 拉吉形式鳍由包裹在软组织中的软骨结构组成 ， 从而实现了各向异性的刚度 。
研究人员假设这种各向异性是产生行波的原因 ， 这些行波能够实现高效游泳 。 科学家通过开发由硅基软骨和软组织制成的黄貂鱼机器人来验证假设 。 作为比较 ， 他们制造了一个没有软骨的机器人 ， 以及结合了软组织和软骨材料的机器人 。 对制造的机器人进行测试 ， 以阐明它们的刚度和游泳性能 。 结果表明 ， 在机器人脚蹼中加入软骨结构可以提高游泳效率 。 建议身体结构内部软硬区域的排列和分布是实现高性能软水下机器人的关键因素 。
海洋蕴藏着宝贵的资源 ， 例如矿产资源和海洋生物 。 为了探索它们 ， 水下机器人很有用 ， 因为人类无法进入海洋中的许多区域 。 传统的水下机器人使用螺旋桨 ， 由于噪音和意外夹带 ， 可能对海洋生物有害 。 相比之下 ， 结合了水生动物的游泳原理、形态和柔软度的机器人 ， 预计将更能适应周围环境 。 因此 ， 已经开发了各种类型的软仿生水下机器人 。 其中 ， 有模仿水生动物推进机制的机器人 。
水生动物 ， 特别是鱼类 ， 有多种游泳形式 。 例如 ， 蝙蝠科的游泳 ， 一种黄貂鱼是基于拉吉形式 。 这种类型的游泳是基于在平坦的大胸鳍上产生行波 。 拉吉形式游泳者的平面形态预计将适合在海底移动 ， 这将能够有效地勘探矿产资源和海洋生物 。 翅片的结构波从前向后传播 ， 产生向前的推力 。 这表明黄貂鱼的鳍在主要游泳方向上是柔顺的 ， 在水平垂直方向上相对刚性 ， 以便传递行波的动量 。
从解剖学的角度来看 ， 黄貂鱼的骨骼由软骨组成 ， 这是一种弹性组织 。 在研究中 ， 相关人员通过开发具有嵌入式软骨结构的黄貂鱼机器人来验证假设 。 尽管已经开发了许多类似黄貂鱼的机器人 ， 但还没有关于软骨掺入的研究报道 。 机器人由具有不同体积刚度的有机硅弹性体组成 ， 代表软组织和软骨 。 因此 ， 首次通过拉伸试验研究了软骨结构夹杂物对软结构中各向异性刚度的影响 。 科学家使用拉伸试验中表征的材料制造黄貂鱼机器人 。
他们对机器人进行定制弯曲测试 ， 以确认身体的整体刚度 。 然后 ， 通过实验证明刚度 ， 即使机器人的整体刚度保持不变 ， 软骨结构实现的鳍的各向异性也可以提高游泳效率 。 根据具有软骨结构的机器人和由混合物制成的机器人的相似整体刚度 ， 结果验证了他们的假设 ， 即软骨结构提高了基于拉吉形式游泳的水下机器人的游泳效率 。 结果还表明 ， 以机器人中的软组织和软骨为代表的软和硬域的各向异性排列是可以定义游泳行为以及提高游泳效率的重要结构参数 。
在拉吉形式游泳的情况下 ， 身体刚度方向会影响游泳性能 。 所开发的机器人由径向排列的软骨结构组成 ， 其身体刚度在圆周方向上是软的 ， 在径向方向上是硬的 。 圆周柔软度对于在身体上产生行波是必要的 。 径向硬度可以有利于在身体上传递机械动力 。 因此 ， 结果可以总结如下：软骨结构能够定位身体刚度 。 此外 ， 包括刚度梯度在内的软骨形状的适当设计能够实现高效游泳 。
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