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受蝠鲼生物力學的啟發，研究人員開發了一種節能的軟體機器人——“蝴蝶機器人”。圖片來源：北卡羅來納州立大學
科技日報實習記者?張佳欣
據最新一期《科學進展》雜志，美國北卡羅來納州立大學的研究人員開發出了一種節能的軟體機器人，它的游泳速度比以前的游泳軟體機器人快4倍以上。這些機器人被稱為“蝴蝶機器人”，因為它們的游泳動作類似于人類蝶泳時手臂的動作。
研究人員表示：“到目前為止，游泳軟體機器人的游泳速度還不能超過每秒一個身體長度，但海洋動物，如蝠鲼，能夠游得更快、更有效率?！?/p>
受蝠鲼生物力學啟發，研究人員開發了兩種類型的蝴蝶機器人。其中一個是專門為速度而打造的，平均速度能達到每秒3.74個身體長度。另一個被設計成機動性很強，能夠向右或向左急轉彎，這種機動原型機器人速度能達到每秒1.7個身體長度。
研究人員表示，可以用“斯特勞哈爾數”評估飛行和游泳動物的能量效率。當動物在游泳或飛行時，斯特勞哈爾指數在0.2到0.4之間時，就會出現推進效率的峰值。此次，兩個蝴蝶機器人的指數都在這個范圍內。
蝴蝶機器人的游泳力來自它們的翅膀，它們的翅膀是“雙穩態”的，這意味著翅膀有兩種穩定的狀態。機翼類似于卡扣式發夾。在施加一定的能量使其彎曲之前，發夾是穩定的。當能量達到臨界點時，發夾就會折成不同的形狀，這也是穩定的。
在蝴蝶機器人中，以發夾為靈感的雙穩態翅膀附著在柔軟的硅膠身體上。使用者通過將空氣泵入軟體內部的腔室來控制機翼兩種穩定狀態之間的切換。當這些腔室充氣和放氣時，身體會上下彎曲，迫使翅膀與其一起來回折翅。
速度更快的蝴蝶機器人只有一個“驅動單元”，它控制著兩個翅膀。這使得它非常快，但很難左轉或右轉；而機動蝴蝶機器人基本上有兩個驅動單元，它們并排連接。這種設計允許用戶操縱兩側的機翼，或者只“拍打”一個機翼，這使它能夠急轉彎。