金槍魚是海洋中游得最快的魚類之一。它們在水中快速移動時，會將鰭收縮或者折疊起來，以減少阻力。近日，廈門大學的林中路和同事利用金槍魚這一巧妙的鰭折疊機制，改進了水生機器人的設計，研發出一款更敏捷的金槍魚機器人，使轉彎速度提高了近33%。相關研究成果已在預印本平臺arXiv上發布。
這個金槍魚形狀的機器人有半米長，其頭部、背部的背鰭以及尾巴末端的尾鰭分別安裝了一個馬達。研究人員拍攝了機器人在游泳池中游動的全過程，并測試了當機器人加速、轉彎或穩步向前游動時，背鰭折疊或展開時的效果。
他們發現，折疊或展開背鰭對速度、效率和線性加速度等因素有顯著影響。當機器人轉身時，折疊背鰭能使其速度提高近33%。如果在機器人穩步向前游動時保持背鰭直立，其運動效率將降低13%，也會消耗更多能量。
林中路說，這些發現與自然界中金槍魚如何折疊背鰭以執行快速精確的運動相吻合。例如在捕捉獵物時，金槍魚會折疊背鰭以快速游動。
“通過設計類似的靈活控制系統，水下航行器可以改善它們的平衡和導航能力，以及高速游動時也能敏捷地運動。”林中路說。
“了解金槍魚如此高水平的游泳表現本身就很有趣，因為對于人類來說，最好的游泳運動員也無法做到。”美國賓州西徹斯特大學的Frank Fish說。
Fish補充說，在金槍魚的游泳技能中，尾鰭可能比背鰭發揮更大的作用。“我們測量了太平洋藍鰭金槍魚的轉彎性能，發現這種性能遠遠優于機器人。”Fish說，這可能意味著，通過對尾鰭的深入研究，可以更好地改進金槍魚機器人的性能。