Science子刊封面：超高效游泳机器人形似乌贼水母合体，将成为珊瑚礁复原救星！
导读
当谈到能够在水中高效移动的机器人时，科学家们经常向乌贼和水母等生物寻求灵感，而英国的一个研究小组最近制造出了一种柔软灵活的游泳机器人，利用共振开启了一种新颖的驱动方法，使得机器人可以仅用很少的能量，产生巨大的射流推动自身前进。得益于高效且灵活的运动方式，以及柔性的外观，该机器人非常适合在珊瑚礁、考古遗址等复杂环境中工作。目前，研究团队正在尝试将这种机器人的概念扩展成为一种可完全操控，且具有感知和自主环境导航能力的水下机器人。
作者：Robospeak
南安普顿大学实验室的水箱里，一只长了乌贼脑袋的水母在奋力的向上游泳。
它的下半部分像水母一样不断的收缩扩张，带动身体游动，但头部又和乌贼的脑袋别无二致，看起来特别像乌贼和水母的合体版。
这是南安普顿大学和爱丁堡大学的工程师团队合作开发的一款软体仿生游泳机器人，登上了最近《ScienceRobotics》期刊的封面。
作为典型的海洋生物，乌贼和水母具有高效的运动方式：通过腔体的收缩与扩张，实现了高效、灵活的喷射式推进，逐渐成为了科学家们争相模仿的对象。
该团队以此为灵感，合作开发了这款游泳机器人，他们利用共振技术模仿了水母的运动方式，根据最新测试表明，这种新型机器人的效率是由螺旋桨驱动的传统水下机器人的10到50倍。
共振实现自推进系统，模仿水母超高效
神似乌贼脑袋的机器人头部由漂浮物和压载物组成，内部装有电磁铁，该部分的目的是让机器人能够浮起来；机器人的下半部分是整个机器人的自推进系统，由橡胶膜包裹着8个3D打印的柔性触手组成，8个触手连接在弹簧加载的活塞上，并被橡胶膜包围以限定空腔边界。
那机器人是如何像水母一样游动的呢？
我们知道，水母能够通过收缩外壳挤压内腔的方式，改变内腔体积，喷出腔内的水，通过喷水推进的方式进行移动。
为了模仿该生物的游泳方式，研究人员将机器人的下半部分构成了一个“自推进系统”，以活塞为中心，该活塞撞击头部和触手的接合处，以使其膨胀然后弹回。
这模仿了水母的游泳技术，橡胶膜包裹触手的结构构成了柔性内腔，活塞每敲击一次，柔性内腔就进行一次收缩，通过周期性的扩张和收缩而游泳，以产生液体射流，从而推动机器人移动。
当活塞以正确的频率进行操作时，即触发了组件的自然共振，机器人可以每秒移动一个身体长度。共振是指以理想频率施加力时发生的大振动，例如给孩子推秋千，这使机器人可以很少的能量喷射大量的水流，以推动自身前进。
研究人员使用水下运动跟踪系统对机器人的游泳性能进行了量化，发现当启动频率与自然频率之比接近1时，性能最佳，机器人的速度和效率将大大提高，速度高达每秒1体长，与乌贼的典型速度相当；当频率超过固有频率时，机器人运动的速度明显下降。
拯救珊瑚礁，未来实现完全自主可操纵
Thierry Bujard是南安普敦大学海军建筑学的硕士生，他在短短几个月内设计并制造了该机器人，大学工程学院副教授Gabriel Weymouth博士对该项目进行了监督，他补充说：“使用共振的好处在于可以用很小的功率来实现系统的大振动；我们只需要设计其形状，然后让弹性和惯性完成其余部分，这使机器人能够释放出使用喷气机游泳的海洋生物所使用的推进效率。”
最新测试显示，该机器人的效率是螺旋桨驱动的典型小型水下航行器的十至五十倍。这种提高的效率，加上该机器人柔软，灵活的外观的其他优点，使其非常适合在敏感的环境（例如珊瑚礁，考古现场，甚至是游泳者拥挤的水域）中操作。
机器人的当前版本只能沿直线移动，该团队现在计划升级机器人，使其具有更多的可操作性，例如能够感知和导航周围的水下环境，实现完全可操纵和自主的水下航行器。
Gabriel认为“受到生物学的启发，我们希望这样工作能摆脱僵化工程思想的局限，并寻求针对机器人技术和推进力的软而灵活的解决方案。”
【论文直通车】
https://robotics.sciencemag.org/content/6/50/eabd2971
http://robotics.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/scirobotics.abf4301