具有被动尾部和可调刚度的类鱼体实验研究

鲭科鱼类和金枪鱼是高效的游泳者，能够在长途迁徙中最大化性能以逃避捕食者并节省能量。实现这些目标的一个关键方面是尾部的灵活性，鱼类在游泳时会对其进行优化。然而，尽管机器人对应物效率很高，但对灵活性的重要性研究尚不充分。我们设计并测试了一个类鱼机器人平台（长 30 厘米），通过放置在尾柄处的扭转弹簧使尾部变得灵活，以量化其性能。我们测量了身体运动学、力和功率，并与真实鱼类进行了比较。该平台可在 1 到 3 Hz 之间改变频率，达到自推进条件，速度超过 1 BL/s，斯特劳哈尔数处于最佳范围。我们表明，改变机器人的频率可以影响类鱼机器人实现的推力和功率。此外，通过使用适当调节的刚度，机器人按照行波机制变形，这已被揭示为真实鱼类的实际运动方式。这些发现证明了调节刚度在鱼类游动中的潜力，并为研究仿生水下航行器中的类鱼灵活性提供了基础。