受美国国防部多学科大学研究计划资助,弗吉尼亚大学与哈佛大学合作,研制出仿黄鳍金枪鱼和大西洋鲭鱼的机器鱼,并研究了其高频摆尾下的速度和力量。
图1 机器鱼设计图
鱼类的摆尾频率为0.1~20Hz,游速超过20体长/s。然而,大多数仿生机器鱼的摆尾频率为0.25~3Hz,游速仅0.25~1.5体长/s。即使提高机器鱼的摆尾频率,游速通常也小于1体长/s,且功耗较高。为了研究高摆尾频率下机器鱼的动力学特性,研究人员研制出仿黄鳍金枪鱼和大西洋鲭鱼的机器鱼。该机器鱼质量为0.306kg,长255.3mm,宽49.2mm,高67.8mm,与幼年金枪鱼和成年鲭鱼体型相仿,主要由头部组件、中央执行区和尾鳍组件构成。研究人员通过去掉除尾巴外的所有鳍,以重点分析机器鱼身体和尾部对运动性能的影响。研究发现:机器鱼最大摆尾频率达到15Hz,游速为4体长/s;在宽摆尾频率范围内,机器鱼鱼身的线运动学特征与头节鱼类似,但尾鳍的运动特征不同,这是由于机器鱼使用的是刚性尾鳍;随摆尾频率增加,运输成本(能耗/游速)与鱼身长度呈U形关系。当电池组能量为10Wh,机器鱼游速为0.4m/s时,可续航9.1km;游速为1.0m/s时,则可续航4.2km。
这种机器鱼可用于国防、海洋资源勘探、基础设施检测等。