近期，美国北卡州立大学与美国弗吉尼亚大学联合团队受魔鬼鱼通过胸鳍的震荡游动实现快速向前推进的启发，开发了一款兼具高效率、高速度和高机动性的仿生软体游泳机器鱼。

这款仿生软体机器鱼具有四个显著特点：

一是凭借单稳态扑翼结构，仅使用一个软体驱动器，极大地简化了驱动、设计和控制，且低频驱动即可实现高速游动；

二是采用单稳态结构，实现一次驱动能够实现两次快速弹跳运动；

三是通过控制软体气动驱动器的充气状态，来改变自身的浮力，在水中实现自由升降；

四是利用正弦波形的扑翼运动，产生了分叉的射流来提高推力。

基于这些特性，机器鱼不仅能在水面上游动，通过调节软体机器鱼的浮力，还能够根据需要在不同深度（水下或贴近水面的位置）游动，且具备灵活穿越水下障碍物和防碰撞的能力。

这种游泳软体机器鱼有望应用于深海探测，特别是在生物探测方面发挥重要作用。此外，该软体机器鱼的本体材料对环境友好，不会对海底生物造成较大干扰，有利于近距离观察野生海底生物、探测水流和进行环境监测等。

（来源：Science、Science Advances）

审稿人对该研究评价称，“这项工作提出了优雅而巧妙的设计和方法，可进一步推动气动执行、水下软机器人和敏捷机器的发展。”

日前，相关论文以《自发的弹跳诱导喷流实现快速、灵活的水面及水下软扑翼游泳机器鱼》（Spontaneous snapping-induced jet flows for fast, maneuverable surface and underwater soft flapping swimmer）为题发表在Science Advances上 [1]。

北卡州立大学博士生清海涛是第一作者，北卡州立大学尹杰教授担任通讯作者。论文作者还包括弗吉尼亚大学博士生郭嘉诚、弗吉尼亚大学朱远航博士（现为美国加州大学河滨分校助理教授）、北卡州立大学赤银鼎博士（现为美国宾夕法尼亚大学博士后）、北卡州立大学洪尧烨博士（现为宾夕法尼亚大学博士后）、弗吉尼亚大学丹尼尔·奎因（Daniel Quinn）副教授和董海波教授。

图丨相关论文（来源：Science Advances）

在此前的研究中，该课题组开发了一款利用双稳态结构驱动的蝶泳式游泳机器鱼，即低频双稳态震荡游动机器鱼。

然而，双稳态结构的缺点是：在两个稳态之间切换时，虽然具有迅速切换、快速弹跳的特性，但也要克服较大的能障，这意味着需要更多的能量输入。

清海涛表示：“我们在新研究中通过改变预存储能量的方式，将双稳态变为了单稳态。这种单稳态扑翼结构只需一次能量输入就能实现快速弹跳和弹回，巧妙地同时实现了高速游动和低能耗两个特性。这是双稳态与单稳态结构在驱动行为上的显著差异。”