水生生物借助流體特性（例如：浮力，升力，拖拽力）在水下快速移動，受到這點啟發(fā)，加州理工(University of California)的研究者提出了一種新型的仿生軟體水下行走機器人。通過監(jiān)測水流方向，該機器人改變身體形狀來借助水流的流體特性產生比較大的拖拽力，極大的提升它在水底行走的運動性能。

作者：Riddick

身體可變形的軟體水下機器人

水下機器人可以被用于水下環(huán)境進行監(jiān)測和探測，以及水下生物的觀察等。傳統(tǒng)的水下機器人采用螺旋槳或者噴射的驅動方式，它們在開放水域有著很高的應用價值。但是相對于水下生物而言，這些機器人體積龐大并且伴有噪音，在小的空間內也很難前行。相較而言，利用仿生學設計的水下機器人（例如軟體水下機器人）可以產生比較小的噪音，以及適應不同的水下環(huán)境。

水生生物（章魚，管族類生物）等借助流體特性（例如：浮力，升力，拖拽力）在水下快速移動，受到這點啟發(fā)，來自于加州理工(University of California)的研究者提出了一種新型的仿生軟體水下行走機器人。該機器人可以通過監(jiān)測水流方向，可以通過改變身體形狀來借助水流的流體特性產生比較大的拖拽力，或者減小水流帶來的阻力，從而極大的提升它在水底行走的運動性能，真正做到隨波逐流。

具體來說，當該水下機器人（水下重量為2.87N）需要在水流中保持靜止，不對稱膨脹的主體可以將水流作用域身體上的阻滯力降低40％（從0.52 N到0.31 N）當機器人要順著水流行走時，充氣的身體比平整的身體快16%。

機器人的結構設計

這款機器人基于氣動/液壓軟體驅動器技術。如下圖展示了機器人的結構設計?？尚巫兩眢w和4條腿安裝于一個剛性的支架上。腿部由3d打印的彈性材料制成,每條腿有三個腔體，從而控制向不同的方向彎曲。機器人的身體變形部分是由兩個充氣小袋組成的。機器人的腿部連接到傳統(tǒng)氣泵，由電磁閥控制，機器人的身體連接到注射泵。

機器人的驅動設計

當我們對機器人的可變形身體的氣袋進行充氣/放氣時，機器人的身體有三種狀態(tài)，對稱膨脹的身體，單側膨脹的身體，以及平整的身體。根據流體力學的基本知識，在水中運動的物體受到的水流的拖拽力/阻力，與物體本身的形狀直接相關，所以機器人正是通過調整身體的形狀，來實現利用水流前進的目的。

不同的身體形狀帶來的拖拽力效果

研究者設計了一個簡易水槽，然后向機器人方向產生水流，并且用兩個測速儀分別監(jiān)測機器人前方/后方的水流速度，同時監(jiān)測機器人自身的運動速度，以此來驗證他們的設計有效性。

實驗設備

水流經過非對稱膨脹身體的圖像

在靜水中機器人的行走速度為15mm/s，并且由于行走速度過慢，不同身體形狀對于水的阻力的影響不明顯。當機器人順著水流的方向行走時，身體的變形對于行走速度的影響變得十分顯著，機器人在平整狀態(tài)下行走速度最慢，在對稱膨脹的狀態(tài)下有著最大的拖拽力以及最快的速度，在非對稱膨脹狀態(tài)下有著一個中等的速度。

機器人面對水流調整身體

順著水流，機器人在身體平整狀態(tài)下可以行走

小結

研究者通過初步試驗證實了他們的想法是切實有效的，雖然機器人的結構還比較簡單，處于一個概念的階段，但是可以看得到它有很高的潛在應用價值，包括可以幫助水下機器人在水流中保持穩(wěn)定，或者協(xié)助行走，這種概念也可以移駕到別的水下機器人系統(tǒng)上，通過軟體驅動器來形成一些連續(xù)的曲面和水流發(fā)生交互。在未來的研究中，研究者計劃更加準確的建模，以及加入更多的反饋控制，來制造更可靠的水下機器人系統(tǒng)。

通過改變機器人的身體形狀來適應水流，或者利用水流，這個想法真的是新奇而又有效。研究者們通過觀察生物對于環(huán)境的適應能力，結合專業(yè)知識，為各種機器人提供多種設計方案。小編認為這個研究正是很巧妙的結合了仿生學與實際應用的一個例子。希望這篇報道能夠激發(fā)同樣對生活中各種事物充滿好奇心的你！