新型機器人魟魚游泳速度創新紀錄
兩年前，一隻小型機器人魟魚成為世界上游泳最快的軟體機器人。現在，它的後代打破了這個紀錄，並且使用的能量比前一代還要少。
這隻長22.8毫米的原始機器人是由北卡羅來納州立大學 (North Carolina State University) 的助理教授尹杰 (Jie Yin) 和他的同事設計的。
它有兩個柔軟的聚酯魟魚翅膀，實際上是單一彎曲的雙穩定結構的左右兩端。雙穩定性是指一個緊繃的結構能夠在兩個位置之間保持，而不需要任何能量來維持，像是髮夾就是一個很好的例子。
機器人的雙穩定翅膀結構中間夾著上下兩個柔軟的矽膠氣動執行器。
當空氣被打入上面的執行器時，它會向上彎曲並拉起翅膀的中間部分，讓兩個翅膀向下彈出。當上面的執行器放氣，而下面的執行器充氣時，結構會向相反方向彈回，讓翅膀再次向上。這個機制在下面的影片中可以看到。
像蝴蝶一樣的柔性機器人游泳者，快速且高效
通過這種方式交替啟動兩個執行器（透過外部空氣泵），可以讓翅膀拍打得足夠快，平均游泳速度達到每秒3.74倍的身體長度。科學家表示，這比之前的軟體游泳機器人快了約四倍。
在新的長68毫米的機器魟魚中，尹教授和他的團隊去掉了雙穩定設計和底部執行器。現在的柔性翅膀結構是單穩定的，這意味著當沒有能量施加時，它會自動回到一個位置——中間向下彎曲，翅膀向上。
當充氣時，單個上方的氣動執行器向下彎曲，拉下翅膀結構的中間部分，讓翅膀向下彈出。然而，當執行器放氣時，結構的彈性恢復力會使其彈回到默認位置，讓翅膀向上。
因此，原始機器人需要花時間和能量來交替充氣和放氣兩個執行器，而新的機器人只需啟動一個。這項改進使機器人的平均游泳速度達到每秒6.8倍的身體長度，並且消耗的能量比原來少了1.6倍。
此外，新的設計讓機器人可以通過改變游泳速度在水中上下移動。
「當機器人的鰭靜止時，氣室是空的，這樣會減少機器人的浮力。而當機器人慢慢拍打鰭時，鰭靜止的時間會更長，」博士生海濤青 (Haitao Qing) 說，他是這項研究的第一作者。「換句話說，機器人拍打鰭的速度越快，氣室充滿的時間就越長，這樣會增加浮力。」
科學家們現在正在研究如何讓機器人進行側向轉向，未來可能應用於海洋探索和水生野生動物觀察。你可以在下面的影片中看到它的動作。
這項研究的論文最近發表在《科學進展》(Science Advances) 期刊上。
受魟魚啟發的快速且靈活的柔性游泳機器人
來源：北卡羅來納州立大學
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