用于气-液界面附近运动的简易鞭毛软体机器人

众多微生物（如细菌）通过柔软螺旋尾（即鞭毛）的旋转实现推进。由于这些生物体型微小，黏性力远超过惯性效应，流动处于低雷诺数状态。在这一流固耦合问题中，弹性力与水动力（黏性力）的竞争产生向前的净推进力。深入理解这一高度耦合的流固相互作用问题，不仅有助于更好地认识生物推进机制，也可用于设计受生物启发的多功能机器人，应用于溢油清理、水质监测和基础设施巡检等领域。本文介绍了一种堪称最简单的软体机器人，其仅采用单一二进制控制信号，便能在气-液界面及两流体界面附近沿任意二维轨迹运动。该机器人利用黏度差异沿预定轨迹移动。我们对这一新引入的软体机器人的分析包含三个主要部分。首先，我们制作该简易机器人并将其作为实验测试平台。其次，采用基于离散微分几何的建模框架对机器人进行仿真。在验证仿真工具后，本研究的第三部分利用仿真开发了一种具有单一二进制输入的控制方案，使机器人能够跟踪任意给定路径。