EPFL的工程師們設(shè)計了一種靈活的游泳機(jī)器人，能夠毫不費(fèi)力地通過擁擠的水面。受海洋扁蟲的啟發(fā)，這個開創(chuàng)性的裝置為環(huán)境監(jiān)測和生態(tài)研究開辟了新的途徑。

游泳機(jī)器人對于繪制污染地圖、研究水生生態(tài)系統(tǒng)，以及監(jiān)測珊瑚礁和湖岸等敏感區(qū)域的水質(zhì)至關(guān)重要。然而，許多現(xiàn)有的模型依賴于嘈雜的螺旋槳，這可能會干擾甚至傷害野生動物。此外，由于植物、動物和碎片等自然障礙，在這些環(huán)境中導(dǎo)航是具有挑戰(zhàn)性的。

為了解決這些問題，來自EPFL工程學(xué)院軟傳感器實(shí)驗(yàn)室和非定常流診斷實(shí)驗(yàn)室的研究人員與馬克斯普朗克智能系統(tǒng)研究所合作，開發(fā)了一種緊湊、高機(jī)動性的游泳機(jī)器人。這個敏捷的機(jī)器人比一張信用卡還小，重量只有6克，它可以在狹窄的空間里穿行，還能攜帶比自己重得多的有效載荷。它的設(shè)計使它特別適合于密閉環(huán)境，如稻田或檢查水性機(jī)械。這項(xiàng)研究發(fā)表在《科學(xué)機(jī)器人》雜志上。

“2020年，我們的團(tuán)隊(duì)展示了自主的昆蟲級爬行機(jī)器人，但為水生環(huán)境制造無系繩超薄機(jī)器人是一個全新的挑戰(zhàn)，”EPFL軟傳感器實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人赫伯特·謝伊（Herbert Shea）說?！拔覀儽仨殢牧汩_始，開發(fā)更強(qiáng)大的軟執(zhí)行器、新的波動運(yùn)動策略和緊湊的高壓電子設(shè)備。”

用于自主操作的微型電子設(shè)備

與傳統(tǒng)的基于螺旋槳的系統(tǒng)不同，EPFL機(jī)器人使用無聲的波動鰭 —— 靈感來自于海洋扁蟲 —— 來推進(jìn)。這種設(shè)計，加上它的重量輕，使機(jī)器人可以漂浮在水面上，無縫地融入自然環(huán)境。

“我們的設(shè)計不是簡單地復(fù)制自然；它超越了自然有機(jī)體的能力，”前EPFL研究員弗洛里安·哈特曼（Florian Hartmann）解釋說，他現(xiàn)在是德國斯圖加特馬克斯普朗克智能系統(tǒng)研究所的研究小組負(fù)責(zé)人。

通過擺動鰭的速度比海洋扁蟲快10倍，機(jī)器人可以達(dá)到每秒12厘米（2.6體長）的驚人速度。該機(jī)器人還通過使用四塊人造肌肉來驅(qū)動鰭來實(shí)現(xiàn)前所未有的機(jī)動性。除了向前游泳和轉(zhuǎn)彎，它還能控制向后和側(cè)向游泳。

為了驅(qū)動機(jī)器人，研究人員開發(fā)了一種緊湊的電子控制系統(tǒng)，以500毫瓦的低功率向機(jī)器人的執(zhí)行器提供高達(dá)500伏的電壓，比電動牙刷的功率低四倍。盡管使用高壓，但機(jī)器人的低電流和屏蔽電路使其對環(huán)境完全安全。光傳感器就像簡單的眼睛一樣，使機(jī)器人能夠自主地探測和跟蹤光源。

研究人員設(shè)想，該機(jī)器人將在生態(tài)研究、污染追蹤、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)。接下來的步驟包括創(chuàng)建一個更強(qiáng)大的現(xiàn)場測試平臺。

哈特曼表示：“我們的目標(biāo)是延長運(yùn)營時間，提高自主性?！薄皬倪@個項(xiàng)目中獲得的基本見解不僅將推動生物機(jī)器人科學(xué)的發(fā)展，還將為與自然和諧相處的實(shí)用、逼真的機(jī)器人系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)?！?/span>