新一代水下机器人：在不牺牲任何性能的情况下实现高速和高机动性
中国科学院沈阳自动化研究所的研究人员展示了一种软体机器人鱼，其游泳速度达到了每秒2.13个身体长度--相当于大约26厘米/秒。这不仅是BCF（body-caudal-fin）型机器人的新纪录，也证明了柔软的设计并不一定限制性能。与传统设计不同，传统设计通常需要在速度和机动性之间进行权衡，这种新的设计可以在同时实现这两个目标。
该解决方案基于混合动力--一种由刚性和柔性元件组成的系统。局部刚性约束可防止在操作过程中发生不必要的变形，从而有效地传递力量。两个推进单元交替运动，模拟鱼类中拮抗肌的作用，产生高频尾部振动和有效的推进力。
仿生浮力囊是实现三维移动的关键
放大图像关闭放大上一张图片复杂3D机动的关键在于一种新的浮力控制技术。研究人员开发了一种基于液-气相变的仿生浮力囊。这使得机器人能够主动控制其在空间中的浸没和姿态，通过改变身体不同部位的局部密度来实现。
实验结果表明，机器人鱼可以将其姿态调整到-20°到58°之间。这使其能够执行S形游泳、上升、下降和螺旋上升等机动动作--所有这些都不需要额外的推进器。这种解决方案消除了对复杂控制系统的需求，而这些系统是传统水下机器人的典型特征。 水下机器人.
应用于水下监测和探索
新一代软体水下机器人有可能对海洋环境监测和资源勘探产生重大影响。凭借其灵活性，这种鱼形机器人可以在难以到达的地方移动--例如在岩石之间、裂缝中或不同深度的区域--而不会造成损坏。
快速移动和精确姿态控制的能力使其能够用于在观察点之间进行快速跳跃或对局部条件进行详细分析。未来，这些设备可以支持生态研究、污染监测甚至海底地质工作。
实验的范围和局限性
研究是在实验室条件下进行的，结果发表在《IEEE/ASME机电工程学报》上。虽然该设备实现了创纪录的速度和移动性，但其性能尚未在实际海洋环境中得到验证。
目前没有关于电动液压驱动器在长期使用中的耐用性或在不同温度和压力条件下的效率的信息。此外，缺乏关于连续运行期间的能量消耗的数据--这对于现场应用至关重要。
水下机器人技术的发展前景
新的设计表明，将生物机制与机电技术相结合可以推动机器人设计的重大进展。鱼形机器人的例子说明了如何通过生物同步方法（即结合生物结构和电气系统）来改变这一领域。
未来，可以将这项技术扩展到更大的自主设备或甚至扩展到实时协作的机器人团队。但是，为了实现这一点，需要进一步研究其耐用性、节能性和在复杂环境中的协同能力。
水下机器人技术的发展前景
新型鱼形机器人的设计是朝着实现集成的生物电机械系统迈出的重要一步，该系统将生物灵活性与技术精度相结合。由于能够通过仿生浮力囊主动调节浮力，该设备可以在无需额外驱动器的情况下改变姿态，从而降低了控制的复杂性和能量消耗。对于在难以到达的水下环境中应用至关重要，因为在这种环境中，最大限度地减少与周围环境的机械相互作用至关重要。未来，这种方法可以扩展到协作机器人团队，这些团队可以在实时监测海洋生态系统或执行地质任务时相互支持。
在记录了能源消耗参数以及对压力和温度变化的抵抗力之后。如果没有这些数据，就无法评估该设备在实际海洋环境中的真正适用性。值得强调的是，虽然实验是在实验室中进行的，但其结果表明，将生物机制（如浮力调节和拮抗肌的作用）与机电技术相结合，可以为水下机器人的设计带来重大进展。这种方法有时被称为生物协同，它为自主探索系统的发展开辟了新的可能性，这些系统不仅能够快速而精确地移动，而且还能适应复杂的环境条件。