柔性作为增强推力的普适仿生机制

自然赋予喷流推进型游泳者柔性喷管，使其性能优于刚性喷管，然而这种优势的来源一直未获解释。通过追踪流体与结构之间能量交换的地点与时间，三维数值模拟揭示了其内在机制：喷管的驻波响应，即结构同步膨胀与回缩，充放能量以增强推力。在该状态之外，结构表现出行波响应，膨胀与收缩沿喷管共存，从而降低推力增益。我们提出了一个基于物理的模型，以解析形式刻画了驻波响应与行波响应之间的边界，表明当结构的固有周期与脉冲持续时间匹配时达到最优。超出此最优值后，转向所需的喷管曲率所施加的应变决定了在海洋物种中观察到的几何形状。推进性与机动性在单一框架内得到统一，为软体机器人推进器提供了设计原则。