受仰泳蝽启发的微型机器人：通过可控微泡成核与释放实现浮力自动调节
机器人学
2021-11-19 v1
摘要
仰泳蝽是一种水生昆虫，能够在水下调节自身浮力。其腹部覆盖有血红蛋白细胞，用于可逆地结合与释放氧气。入水后，该虫在腹部超疏水刚毛结构中捕获一个用于呼吸的气泡。然而，此气泡可通过腹部血红蛋白细胞调控的氧气流改变体积。以此方式，它无需额外能耗即可达到中性浮力。本研究受此启发，开发了一款厘米尺度、通过可控微泡成核与释放实现自动浮力调节的小型仰泳蝽机器人(BackBot)。气泡通过电解在板载电极上直接成核并生长，由低电压调控。我们采用3D打印构建三维气泡捕获孔腔结构，以形成稳定的外部储气库。为减小浮力，气泡通过线性机械振动释放，且与机器人本体解耦。借助压力传感与比例-积分-微分(PID)控制回路机制，机器人自动调节浮力，于数秒内达到水下中性悬浮。该机制可推动传统且体积更大的浮力调节系统（如活塞与加压罐）的替代，并实现自主水下航行器的微型化。
引用
@article{arxiv.2111.09648,
title = {Backswimmer Inspired Miniature Robot with Buoyancy Auto-Regulation through Controlled Nucleation and Release of Microbubbles},
author = {Dror Kobo and Bat-El Pinchasik},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.09648},
year = {2021}
}