大自然是许多现有机器人系统的主要灵感来源，旨在复制各种生物的外观和行为。通过人工复制生物过程，这些机器人可以帮助更有效地解决复杂的现实问题。
浙江科技大学和埃塞克斯大学的研究人员开发了一种受螳螂虾启发的机器人，可以帮助探索和监测狭窄的水下环境，这些环境中栖息着许多动物物种，而且矿产资源丰富。这种仿生机器人发表在IEEE/ASME机电一体化学报上。
该论文的作者之一陈刚在接受Tech explore采访时表示:“许多水下环境都有人类难以进入的狭窄空间，因此机器人接管他们的探索将是最佳选择。”“螳螂虾是海洋环境中灵活、快速游动的小型捕食者，其出色的运动能力可以为水下机器人的发展提供新的研究思路。”本文以螳螂虾为仿生对象，设计了一种新型的螳螂虾机器人，并完成了其运动控制。
受到螳螂虾的能力和动作的启发，陈和他的同事们开始人工复制它们。他们希望开发出一种水下机器人，可以模仿螳螂虾的运动机制，在水下移动得非常好，从而也能轻松地进入水下狭窄的空间。
研究人员创造的敏捷机器人由10个人造ple足和一个灵活的身体组成，具有强大的推进能力。脊足类是附着在甲壳类动物身体上的叉状四肢，这使得动物能够在水中移动。
“这个仿生螳螂虾机器人是由五对ple足类动物驱动的，”陈解释说。“通过调整这五对叠足体的运动频率、幅度和相位差，可以实现速度和稳定性的平衡。此外，每对足部肢的连接是独立的，这对于水下结构损坏的修复非常有用。”
该团队的机器人的动作是co通过一根金属丝弯曲它灵活的躯干来控制，伴随着它的人造足部的运动。总的来说，这些机制允许机器人快速调整它转弯的角度，这样它就可以朝想要的方向游泳。
陈说:“多个足部是冗余的，这可以使机器人在一些足部失效的情况下实现转弯。”“仿生足部设计了三个关节，其中一个是由伺服电机驱动的主动关节，其余两个是被动关节，利用水的阻力来实现展开和折叠。”
从本质上讲，当机器人的一个肢体向后移动时，它的三个关节会完全扩张，从而产生最大的推进力。相反，当肢体回到原来的位置时，关节折叠，减少向前阻力。这种独特的设计利用了与水流相关的特性来简化机器人的结构，增加其推进能力，使其更容易在水下控制。
陈说:“仿生螳螂虾机器人的整体结构参考了生物螳螂虾的结构，机器人的身体是扁平的，流线型的telson可以有效地减少阻力。”“机器人的足部和本体采用刚柔耦合设计，减少了水对机器人的冲击，提高了机器人在水下运动的稳定性。”
研究人员测试了他们的螳螂虾机器人的原型，发现它可以在水下很好地移动，最大速度达到0.28米/秒，最小转弯半径为0.36米。这些结果突出了机器人在狭窄和复杂的水下环境中处理勘探任务的潜力。
值得注意的是，螳螂虾机器人的速度和运动都可以精确而容易地控制，减少了与水下障碍物碰撞的风险。研究人员现在计划进一步发展他们的系统，希望它最终能被用于监测和拯救海洋环境。
“未来，我们将专注于如何在狭窄的水下环境中实现仿生螳螂虾机器人的自主运动，以完成这种环境下的探测任务，”陈说。
“我们计划优化机器人的结构，形状和硬件系统设计，以提高其在3D空间中的六自由度运动能力和更高的水下运动速度。然后增加IMU、摄像头、深度传感器等信息采集设备，通过对环境信息的分析和对自身姿态的反馈调整，实现对机器人更精确的闭环运动控制。”
虽然该团队的机器人已经取得了令人鼓舞的成果，但它仍处于开发的早期阶段。陈和他的同事们现在将继续改进和测试他们的机器人，以确定它在狭窄的水下环境中导航的能力。
“在我们接下来的研究中，我们还将使用碳纤维和嵌入式高强度材料来提高机器人每个部件的耐用性和可靠性，”陈补充说。“这可能为在受限水下环境中的实际应用奠定基础。”
更多资料:陈刚等，一种新型仿生螳螂虾机器人的设计与控制，机电工程学报(2023)。DOI: 10.1109 / TMECH.2023.3266778
?2023 Science X Network
引用受螳螂虾启发的机器人，可以探索狭窄的水下环境
nments(2023, 11月13日)检索自https://techxplore.com/news/2023-11-robot-mantis-shrimp-explore-narrow.html
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