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浙大造软体机器鱼 游出“菲尔普斯的速度”

2017-04-11 22:15  |   浙江新闻客户端 记者 章咪佳 曾福泉 通讯员 周炜

浙江大学实验室里的一条“鱼”4月5日出现在著名大众科学杂志《新科学家》上。它全身柔软无骨,能以每秒6厘米的速度不动声色地畅游3个小时,速度达到世界同类软体机器人最快。

当天,浙大航空航天学院李铁风、黄志龙课题组的论文“快速游动的软体电动鱼”在《科学进展》(science advances)杂志上线。“鱼”,正是他们“养”的。 

平板身材,“肌肉”发达

浙大软体机器鱼身长9.3厘米,体重90克,最大游速每秒6厘米,按距离身长比相当于小鱼“清道夫”的游速。

无负载最大游速达到每秒13.5厘米,按距离身长比相当于菲尔普斯的游速。

软体机器鱼外形酷似蝠鲼(鳐鱼的一种,人称“魔鬼鱼”),比一枚鸡蛋略重。博士生李国瑞将它投到鱼缸中,它就如真鱼附体,扑扇着“两翼”划水前进。可是翻遍全身,记者也没在它身上找到螺旋桨或电机之类的部件,就一块扁平的硅胶。这让它怎么动?

“它有肌肉——电子肌肉。”通讯作者李铁风指着它柔软的“肚皮”说,这是机器鱼的核心部件。这一层薄薄的“电子肌肉”,实际上由3层材料组成:上下两层是透明的介电高弹体薄膜,中间是导电用的碳膏或水凝胶;3层材料紧密地粘合在一起,就像北京著名小吃“茯苓饼”。如果给它两极通上交流电,它可以像心脏一样地“跳”动!

所谓介电高弹,就是指材料能在电压的刺激下产生形变。2000年,Ron Pelrine等科学家发现一类高分子聚合物薄膜具有介电高弹的特性。“事实上,很多高分子聚合物薄膜都有这种特性,比如一个气球,我们将它进行适当改性后,它能在电压的刺激下膨胀16倍。”李铁风说,团队将这一特性结合力学原理,对这种薄膜改性处理后,就成为“电子肌肉”的功能材料。

电子肌肉一张一弛,就带动两翼扑扇起来!它能在红外信号的操控下实现左拐、右拐、前进。

△73摄氏度水中游泳前进  

△0.3摄氏度的水里,也很利索

△看,这颗手感Q弹的“心脏”,“扑通”,“扑通”就能带动鱼的两翼扑扇

据介绍,这是国际上已知报道中游得最快的软体机器鱼。“电子肌肉在电刺激的作用下可以快速响应,所以我们这个扑动的频率比较高,游动的速度比较快。”李铁风说,“此外,‘鱼’在水中,包裹它身体的水就是产生电压的负极,这也是我们设计中的一个创新设计。”

为什么要仿生蝠鲼?

科学家为什么要将蝠鲼作为仿生对象呢?

浩渺的深海中,蝠鲼是一种非常优雅鱼类:微微扇动胸鳍,再向前滑行一段,仿佛在蓝色的大海中飞翔。

李铁风说,蝠鲼游泳时非常省力,这一点让科学家深受启发,对机器鱼来说这就意味着省电。电子鱼靠体内封装的450毫安时(相当于手机容量的十分之一)的锂电池供电,续航能力可以达到3小时。此外,因为没有任何电机等结构,机器鱼游动时产生的噪声几乎为零,名副其实地做一枚“安安静静地美男子”。

在李铁风的想象中,今后在大型水族馆里,真假蝠鲼同池游泳,会是一件很美妙的事。

鳐鱼3.jpg

将来可用于辅助医疗康复、海底环境探索

研究的核心模块“电子肌肉”,还能发展现有的可穿戴式医疗康复设备,或许会比硬质机械式产品更为舒适与安全。

值得一提的是,浙大造机器鱼浑身的材料都是工业级的材料,在国内有巨大的产量和化工工业基础,造价低廉,并且对环境友好。这也是课题组努力的目标,除了省电、还要省钱、环保,适合工业级的生产制造。“我们希望将来制作机器鱼能像制造我们的橡胶鞋底一样简单,在模具中一冲便能成型。”李铁风说。

“我们认为,软体机器鱼可用于水下探测、侦查以及海洋环境与生物信息监测。软体化可以大大提高机器鱼的环境适应效果,保证它可以更容易、安全地通过狭窄区域。全软体、高机动、长航时的机器鱼结构,也可为流体力学研究和水下智能器件设计提供良好的搭载平台。”

 

最新评论 (12)
  • 绛洞花主 8  |  回复

    为浙大点赞

  • 黎明花开 5  |  回复

    。哈哈哈,好好玩

  • 委屈的隔壁老王 1  |  回复

    厉害了,我的科学家们[点赞]

  • 小米团 6  |  回复

    厉害了,我的科学家们[点赞]

  • 读友_223967 2  |  回复

    以后把它放到鱼缸当宠物养起来。

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