「前沿技術」仿章魚的噴水推進模型

2020-12-07 藍海星智庫

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美國加州大學聖地牙哥分校的研究人員仿照章魚運動方式，提出了一種新型噴水推進模型，能通過身體的周期性收縮或膨脹產生推力。

圖1 章魚收縮和膨脹示意圖

魷魚、章魚等頭足類動物通過脈衝噴氣實現間歇式遊泳。受這種運動方式啟發，研究人員提出了噴氣式的水下機器人模型，包括1個壓力室、8個彈簧和1個噴嘴。其中，彈簧為縱向均勻分布，噴嘴處彈簧的剛度為其他位置的10倍。彈簧驅動壓力室收縮或膨脹，經噴嘴形成射流，產生正向推力。模型為每個彈簧賦予了Li和Ld兩個特徵長度，分別對應身體的放氣和充氣狀態。開始放氣時，彈簧初始特徵長度為Li，當彈簧剩餘應變量小於最大值的2%時，彈簧特徵長度切換至Ld，並開始充氣。模擬結果發現，脈衝噴氣頻率由彈簧剛度決定，推進效率在噴嘴產生的渦流開始控制尾跡時達到峰值；由於尾流中的對稱破缺不穩定性，這種推進系統的穩定運行只能維持幾個周期。

這項研究為研發仿章魚推進系統提供了參考，這種仿生、隱蔽推進方式可用於情報監視偵察任務，未來還需提高系統的穩定性。

（藍海星）

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