魔鬼鱼利用翼状胸鳍进行独特的振荡游泳，为设计潜在的快速、高效且机动性强的软体游泳机器人提供了宝贵的灵感。然而，至今这种能力尚未在软体游泳器中完全实现。在一个单一的软体游泳器中同时具备高速、高效率和高机动性，同时保持简单的驱动和控制，依然是一个巨大的挑战。

  近日，北卡州立大学（NCSU）尹杰教授团队联合弗吉尼亚大学（UVA）董海波教授、Daniel Quinn教授团队，巧妙利用单稳态结构设计了一款利用自发快速弹跳实现快速且灵活游动的仿魔鬼鱼的机器鱼，创造了目前为止最快的游动速度（6.8身长每秒，相当于156.4 mm/s），同时具备高机动性，可实现贴近水面和水下游动。

  该工作以”Spontaneous snapping-induced jet flows for fast, maneuverable surface and underwater soft flapping swimmer”为题近日发表于”Science Advances” 杂志上，并且文章同时被Science杂志和Science Advances首页亮点报道。团队博士生清海涛领衔第一作者，其他共同作者包括博士生郭佳诚（UVA），朱远航博士（UVA，现任加州大学河滨分校助理教授），赤银鼎博士（NCSU），洪尧烨博士（NCSU），董海波教授和Daniel Quinn教授，论文唯一通讯作者为尹杰教授。

图1 仿魔鬼鱼的机器鱼的设计

图3 具有高碰撞恢复力的简单水下垂直障碍巡航

  具备多模式的水面和水下游泳能力，并能在不同深度进行游动，这款软体游泳机器鱼通过简单调节单输入驱动频率，能够在更加复杂且非结构化的水下环境中穿越障碍，实现潜在的高效巡航。图3显示通过调节驱动频率，软体游泳机器鱼在由顶部两个泡沫板（作为上方障碍物）和底部一个金属板（作为下方障碍物）组成的水下障碍中的巡航表现，包括无碰撞 (i) 和发生碰撞 (ii) 的情况。虚线表示其游泳轨迹。在 (ii) 和 (iii) 中，软体游泳机器人在下潜和上升过程中分别与上方和下方障碍物发生碰撞。3B显示了在其导航过程 [(A), i] 中，对应的攻角随时间的变化情况。软体游泳机器鱼的上升和下降机动通过平衡三个垂直力来实现：重力、浮力和升力。机动过程中重力保持不变。当气动腔充气导致翼片翻转时，浮力增加。在翻转运动过程中，升力也会增加，因为向下偏转的翻转喷射比向上偏转的回弹喷射更强。这种喷射强度的差异可能导致正的频率相关升力。因此，通过调节驱动频率可以实现受控的垂直机动。

  原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adq4222