BionicFinWave:具有獨特鰭推進功能的水下機器人

BionicFinWave

具有獨特鰭推進功能的水下機器人

渦蟲、墨魚和非洲飛刀魚都有一個共同點:移動時,它們利用縱鰭產生連續波浪運動,沿其全身向前推進。藉由這種起伏鰭運動,BionicFinWave 還可穿過由丙烯酸玻璃製成的管道系統。自主水下機器人可以透過無線電與外界通訊,並將資料(例如記錄的溫度和壓力感測器值)傳輸到平板電腦。

自然原型的縱鰭從頭到尾分佈,位於背部、腹部或身體兩側。隨著鰭的波浪狀運動,魚將水向後推動,從而產生向前的推力。相反,動物也可以向後游泳,並根據波動模式提供上升力、下壓力甚至側向推力。

柔性矽膠鰭,逼真的游泳動作

BionicFinWave 用其兩個鰭片進行運動。它們完全由矽膠模制而成,不需要任何撐桿或其他支撐元件。所以它們非常靈活,並且能夠以逼真的方式達成生物模型的流體波狀運動。

左側和右側的兩個鰭分別連接到九個小槓桿臂。這些槓桿臂又由位於水下機器人主體中的兩個伺服馬達驅動。兩個接觸的曲軸將作用力傳遞到槓桿,進而使兩個鰭可以分別移動。與傳統的螺旋槳驅動相比,它們能夠產生特別適合於緩慢且精確的運動的不同波形,並在水中產生更少的渦流。

例如,要以曲線方式游泳,外鰭的移動要比內鰭快 — 與挖土機的履帶運動方式相當。BionicFinWave 頭部的第三個伺服馬達控制主體的彎曲,使其可以上下運動。每個槓桿段之間有一個萬向節,以確保曲軸相應地柔性並且可以彎曲。為此,曲軸(包括接頭和連桿)採用 3D 列印工藝由塑膠一體成型製造。

各種組件之間的智慧化相互作用

BionicFinWave 的其餘主體元件也採用 3D 列印。它們具有空腔,可提供浮力。同時,整個控制和調節技術具有水密性;各個組件相互配對,並安全地安裝在最狹小的空間中。除了具有處理器和無線電模組的電路板之外,主體的前端還有壓力感測器和超音波感測器。它們會持續測量到牆的距離和水中的深度位置,以避免與管道系統發生碰撞。

過程工業的新動力和新方法

藉由這一仿生技術測試平台,我們的仿生學習網絡再次傳達了未來在液體介質中,利用自主機器人和新的推進技術進行工作的方法。可以設想進一步開發諸如 BionicFinWave 之類的概念來執行檢查、量測系列或資料收集等任務 — 例如在水和污水處理工程或過程工業的其他領域。此外,從該專案獲得的知識,可用於柔性機器人組件的生產過程。