蝠鲼启发了破纪录的蝴蝶机器人

北卡罗莱纳州立大学开发了这种蝴蝶机器人，它的游泳动作类似于人在蝶泳时手臂的运动。

“到目前为止，游泳软体机器人还不能以每秒一个体长的速度游泳，但是海洋动物——比如蝠鲼——能够游得更快，更有效，”一篇关于这项工作的论文的通讯作者、北卡州立大学机械与航空航天工程副教授Jie Yin说。“我们想利用这些动物的生物力学，看看我们是否能开发出更快、更节能的软体机器人。我们开发的原型运行得非常好。”

研究人员开发了两种类型的蝴蝶机器人，一种是为速度而设计的，能够达到每秒3.74个体长的平均速度，另一种设计为高度机动性，能够快速向左或向右转弯。该团队表示，这种可操纵的原型能够达到每秒1.7个身长的速度。

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“研究空气动力学和生物力学的研究人员使用一种叫做斯特劳哈尔数的东西来评估飞行和游泳动物的能量效率，”该论文的第一作者、最近从北京理工大学获得博士学位的迟胤定说数控状态．“当动物游泳或飞行时，斯特劳哈尔数在0.2到0.4之间，就会出现最高推进效率。我们的两个蝴蝶机器人的斯特劳哈尔数都在这个范围内。”

根据北卡罗来纳州立大学的说法，蝴蝶机器人的游泳能力来自于它们的双稳翅膀，这些翅膀附着在一个柔软的硅胶身体上。用户通过将空气抽入软体内部的腔室来控制机翼中两种稳定状态之间的切换。当这些腔室膨胀和收缩时，身体上下弯曲，迫使翅膀随之来回摆动。

尹在一份声明中说:“以前开发扑翼机器人的大多数尝试都集中在使用电机直接为翅膀提供动力。”“我们的方法使用双稳态翅膀，通过移动中心身体被动地驱动。这是一个重要的区别，因为它可以简化设计，降低重量。”

这种速度更快的蝴蝶机器人有一个“驱动单元”——柔软的身体——控制它的两个翅膀。这使得它非常快，但很难向左或向右转弯。机动蝴蝶机器人有两个驱动单元，它们并排连接。这种设计允许用户操纵两侧的机翼，或者只“拍打”一侧机翼，从而使其能够进行急转弯。

“这项工作是一个令人兴奋的概念证明，但它有局限性，”尹说。“最明显的是，目前的原型是由细长的管道系住的，这是我们用来将空气泵入中心身体的东西。我们目前正致力于开发一种不受束缚的自动驾驶版本。”

该团队的论文《捕捉高速高效、蝶泳般的柔软游泳者》于2022年11月18日发表科学的进步．