通过可调质心实现重力驱动滑翔器的智能导航

人工滑翔器设计用于在流体中沉降时扩散，需要精确导航才能到达目标位置。我们证明，一台紧凑型滑翔器在粘性流体中沉降时，可以通过动态调整其质心来实现导航。利用完全分辨的直接数值模拟（DNS）和强化学习，我们发现了两种最优导航策略，使滑翔器能够精确到达目标位置。这些策略对滑翔器与周围流体的相互作用方式高度敏感。该相互作用的性质随颗粒雷诺数 Re$_p$ 的变化而改变。我们的结果解释了最优策略如何依赖于 Re$_p$。在大 Re$_p$ 下，滑翔器学会在朝向变化时通过移动质心快速翻滚，从而产生大的水平惯性升力，使滑翔器能够行进较远距离。相比之下，在小 Re$_p$ 下，高粘度阻碍翻滚。在这种情况下，滑翔器学会调整其质心，使其以稳定的倾斜朝向沉降，从而产生水平粘性力。由于该粘性力远小于大 Re$_p$ 下的惯性升力，水平航程远小于大 Re$_p$ 下的情况。*这些作者贡献相同。