受鱼鳍鳍骨启发、可折叠、小型柔性驱动器用于水生仿生机器人鳍操作

鱼类运动依赖鳍鳍骨——主动可变形的骨性棒，来操控鳍与周围水体的复杂相互作用，实现推进。从工程角度复制生物鳍鳍骨的性能和运动学至今尚未实现。本工作引入了一种原型：受鳍鳍骨启发、可折叠的电磁柔性驱动器 (FOLD)，设计用于模拟鱼鳍鳍骨的功能动力学。该驱动器采用原纸折纸/切纸技术和纸质拼接方法，从平面激光切割的聚丙烯薄膜构建而成，成本低至 £0.80 ($1)，组装简单，可持久运行超过一百万次。我们利用其小型尺寸将其嵌入长度 135 mm 的章鱼机器人两个鳍膜中，实现四自由度游泳。我们进行了广泛的运动学和游泳参数研究，收集了 7.6 小时、1015 数据点的视频，用于确定最优运动参数并验证观察于水生动物中的理论常数。该研究探讨了波形、能量分配与 locomotion 效率之间的细微相互作用，凸显了该驱动器作为能源效率推进和仿生系统控制的模型系统的潜力。该驱动器的多功能性进一步通过其集成到鱼类和水母机器人中得以证明。