两个马拉松运动员和短跑运动员都参加。两个马拉松运动员和短跑运动员都参加

最好的人类跑步者擅长于此——有些人专注于超长距离跑,而另一些人则专注于在几码内的闪电速度。

不过,在公海金枪鱼可以做——高效的游泳者,它们能够迁移数千英里横跨太平洋从加利福尼亚到日本,但当威胁或打猎,他们也中速度最快的鱼在水中,能达到近50英里每小时的速度。

但对于像乔治·兰黛(George Lauder)这样的科学家来说,他们希望通过开发机器人来模仿鱼的水下“步态”,更好地了解鱼是如何移动的。

兰黛和弗吉尼亚大学的一组研究人员,鱼类学教授亨利·布莱恩特·毕格罗(Henry Bryant Bigelow)发明了“金枪鱼”,这是第一种能够准确模仿金枪鱼高效游泳方式和高速游动的机器人金枪鱼。发表在《科学机器人》杂志上的一篇论文描述了这种机器人。

“人们想出了一些制造鱼类机器人的复杂方法。有些机器人可以移动得很快,但它们需要消耗大量的能量。“我们想创造出一种能接近鱼的能量需求,并能在一定速度范围内有效移动的东西。”

“这就像一辆保时捷驶过剑桥的车流,”劳德说。“它不会以每小时100英里的速度前进,但它可以在赛道上表现出高水平。金枪鱼基本上就像保时捷,它们是高性能的鱼,移动相对缓慢和有效,但它们很乐意加快速度。”

兰黛说,挑战在于设计一种机制,能有效地将马达的旋转转化为鱼尾的左右拍动——而事实证明,解决方法出奇地简单。

“由弗吉尼亚大学工程学院机械和航空航天工程系的教授Hilary barrett – smith领导的一个团队,通过将一个弯曲的轴连接到发动机上,实现了这一点,”Lauder说。“所以它非常简单,结果非常有效,非常省电。整个东西只要100美元左右。”

通过在兰黛实验室进行的测试,UVA团队能够显示机器人的性能和功耗与活鱼相似。

兰黛说,事实上,Tunabot非常节能,只有iPhone电池提供的权力,它可以游5½英里。不过,这个机器人也能做非常快的动作,每秒拍动尾巴多达15次。

“你可以把它想象成每加仑行驶的英里数,”劳德说。“我们想要在性能上像鱼一样的东西,这样我们就能了解金枪鱼的尾巴是如何工作的,这样我们就能想象出尾巴上的流动,而这在活的金枪鱼身上很难做到。”

这并不是说研究小组没有将Tunabot与它的生物表亲进行比较。

兰黛解释说:“我们将这一数据与活黄鳍金枪鱼的数据进行了定量比较。”“在罗德岛有一个组织正在饲养黄鳍金枪鱼,我们可以去那里,将机器人与2米长的金枪鱼进行比较。这是不寻常的,因为一篇机器人论文拥有用于精确比较的高质量生物数据。”

兰黛说,最终的希望是,Tunabot将有助于阐明远洋鱼类游泳的生物力学原理。“这一直是这个项目的目标之一,”他说。“有许多鱼类机器人被设计用于各种各样的目的,但是……很难开发出性能接近远洋鱼类的机器人。”探索这个高速性能空间的想法,以前从未有人做过,这是我们的主要贡献。”

这项研究得到了海军研究办公室和David and Lucile Packard基金会的资助。

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