仿生機(jī)器人近年來不斷取得新的突破和進(jìn)展，前有費(fèi)斯托“仿生蜻蜓”驚艷眾人，后有各類型仿生水下機(jī)器人層出不窮。大多數(shù)仿生水下機(jī)器人都是通過模擬金槍魚、鯉魚等魚類的游動(dòng)原理制成。但這類仿生機(jī)器人很少能夠進(jìn)行垂直方向上的游動(dòng)。

近年來，水母憑借其高效、靈活的噴射式推進(jìn)方式，逐漸成為了仿生學(xué)家爭(zhēng)相模仿的對(duì)象。日前，德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校的研究人員約納斯·塔德塞（Yonas Tadesse）等人，研發(fā)了一種可快速垂直游動(dòng)，且有一定載荷的仿生水母軟體機(jī)器人。

該仿生水母軟體機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)制，是通過向下噴射流體產(chǎn)生反作用力，推動(dòng)其在水環(huán)境中進(jìn)行垂直方向上的運(yùn)動(dòng)。

仿生水母軟體機(jī)器人

研究人員為該機(jī)器人配備了八個(gè)呈放射狀排列的最新型充氣式柔性氣動(dòng)復(fù)合執(zhí)行器，并由一臺(tái)空氣壓縮機(jī)提供動(dòng)力。該復(fù)合執(zhí)行器由一個(gè)單腔室和外層的薄彈簧鋼片組成。腔室的主要材料為有機(jī)硅膠樹脂。外層的彈簧鋼是一種不可拉伸材料，但具有良好的回彈效果。當(dāng)一個(gè)力作用在該鋼片的一端并突然釋放時(shí)，鋼片能迅速縮回至原來的位置。

充氣式柔性氣動(dòng)復(fù)合執(zhí)行器。圖片來源：德克薩斯大學(xué)

研究人員將復(fù)合執(zhí)行器設(shè)計(jì)成側(cè)面厚、頂部薄的樣式，使空氣最大程度地進(jìn)入腔室。通過壓縮機(jī)注入空氣，執(zhí)行器可以快速地膨脹并彎曲，產(chǎn)生較大的瞬時(shí)推力，實(shí)現(xiàn)垂直方向上的快速運(yùn)動(dòng)。經(jīng)測(cè)試，直徑220毫米的仿生水母軟體機(jī)器人，在魚缸中能夠承受100克的載荷，并以16厘米/秒的速度垂直游動(dòng)。

約納斯稱，與以前的仿生水母機(jī)器人相比，這款機(jī)器人的垂直上升速度是最快的。

該機(jī)器人除了可用于軍事監(jiān)視外，未來還可用于水下快速救援、海底探測(cè)、資源勘探、水下地形勘測(cè)等方面。相比于傳統(tǒng)剛性機(jī)器人，軟體機(jī)器人一般采用可變性較大的柔性材料制成，可以實(shí)現(xiàn)大尺度連續(xù)變形，并任意改變自身的尺寸和形狀。因此，軟體機(jī)器人也被業(yè)內(nèi)視為機(jī)器人技術(shù)的未來。

此前，科學(xué)家們已從水母身上獲得過許多靈感。

據(jù)環(huán)球網(wǎng)消息，去年7月，英國(guó)《自然通訊》（Natural communication）雜志發(fā)表了一項(xiàng)最新研究，德國(guó)馬克斯·普朗克（Max Planck）智能系統(tǒng)研究所的梅廷·斯蒂（Metin Sitti）及其同事，發(fā)明了一種以缽水母碟狀幼體為靈感的軟體機(jī)器人。

以缽水母碟狀幼體為靈感的軟體機(jī)器人。圖片來源：《自然通訊》

該軟體機(jī)器人全長(zhǎng)6毫米，擁有8根腕足，尖端由非磁性聚合物制成，全身被埋入磁性微粒。研究人員將該機(jī)器人放在水缸內(nèi)，并在水缸外部圍上電磁線圈。只要操縱磁場(chǎng)，就可無線控制它的腕足收縮再恢復(fù)，就像游泳的水母一樣。這一無纜軟體機(jī)器人個(gè)頭較小，但其具備運(yùn)輸、鉆挖等功能。

據(jù)高級(jí)新聞科學(xué)網(wǎng)（Advanced Science News）報(bào)道，今年1月，加州理工學(xué)院和斯坦福大學(xué)的研究人員也發(fā)明了一種微型電子半機(jī)器人水母。

該研究小組負(fù)責(zé)人斯坦福大學(xué)教授約翰·達(dá)比里（John Dabiri ）表示，現(xiàn)在大量的研究已轉(zhuǎn)向開發(fā)模擬生物的仿生機(jī)器人，但給生物體本身配備電子元件，也是仿生機(jī)器人研究的一條新途徑。

微型電子半機(jī)器人水母。圖片來源：斯坦福大學(xué)

斯坦福大學(xué)的研究人員為水母配備了一個(gè)微電子控制器，可以發(fā)出電脈沖，就像安裝了一個(gè)心臟起搏器。經(jīng)測(cè)試，配備了微電子控制器的水母，脈沖頻率是普通水母的三倍。這使得水母的游泳速度從原來的2厘米/秒提高到4-6厘米/秒。

斯坦福大學(xué)研究人員稱，該研究尚處于初級(jí)階段，希望未來能研究出一種足夠小的電子裝置，嵌入水母組織中。除了能控制其游泳速度外，還能操控其運(yùn)動(dòng)方向，從而應(yīng)用于海洋探索。