低雷诺数下游动的硬币振动马达

用于触觉反馈的低成本硬币振动马达在刚性外壳内表现出旋转内部运动。由于马达外壳运动呈现旋转对称性，当置于诸如甘油的流体中时，尽管其振动在流体中诱导出稳态流，马达本身并不游动。然而，粘贴在弯曲外壳上并使马达具有中性浮力的橡胶泡沫块破坏了旋转对称性，使其得以游动。我们测得一枚直径 1 cm 的硬币振动马达在甘油中以 3 秒一个体长或 3 mm/s 的速度游动。该游动速度使振动马达处于类似于细菌运动性的低雷诺数状态，但由于振动，它并不类似于生物有机体。相反，这种游动振动马达可能启发小型廉价机器人游泳器，因其不含外部运动部件而具有鲁棒性。一个与时间相关的斯托克斯方程平面薄板模型表明，游动速度依赖于稳态流速度 $V_{stream} \sim Re_s^{1/2} U_0$，其中 $U_0$ 为表面振动速度，流雷诺数 $Re_s = U_0^2/(\omega \nu)$，$\omega$ 为角振动频率，$\nu$ 为流体运动粘度。