有一天，水下机器人可能会非常逼真地模仿鱼一样的生物，它们不仅能骗过真正的动物本身，也会骗过人类。这种能力可以获取到各种数据，从鱼类的健康状况到国外船只位置等，这种机器人需要具有快速、高效、高度机动和声音隐匿等特性。换句话说，它们必须与宽吻海豚或虎鲸非常相似。
理海大学工程与应用科学学院机械工程和力学助理教授基思w·莫瑞德（keithW·moored）表示，他们对开发下一代水下机器人非常感兴趣，所以试图弄懂海豚和鲸鱼高效游泳的原理：去研究这些动物是如何设计的，从它们的游泳性能或它们如何游泳的流体力学来看，这些动物的设计有什么好处。”
莫瑞德（keithW·moored）最近在《英国皇家学会界面杂志》上发布了一篇论文，该论文通过数值模拟鲸目动物摆动尾鳍来研究其前进的流体力学。基思w·莫瑞德（keithW·moored）和他的团队第一次开发出一个模型，可以定量预测尾鳍的运动如何根据其形状进行调整，以最大化提升效率。
这项研究是海军研究办公室多学科大学研究计划支持的某个项目的一部分，该项目在5年多的时间内获得了万美元的资金。
鲸目动物（鲸鱼和海豚）的尾鳍有各种各样的形状。这些动物摆动鳍或运动的方式也不尽相同。有些鲸科动物的鳍的拍动幅度比较大，或者倾斜的角度比较大。基思w·莫瑞德（keithW·moored）和他的团队希望更好地理解这两个变量之间的相互作用，以此判断尾鳍的形状是否适合于某一组特定的运动。
利用五种鲸目动物的形状和运动学数据（宽吻海豚、斑点海豚、虎鲸、伪虎鲸和白鲸），他们对每个物种进行了模拟，以确定其前进效率。然后，他们交换了它们的数据，例如，将一个虎鲸的鳍形模拟附着于海豚的运动上。
“我们运行了25个这样的交换模拟，结果真的令人很惊讶。”莫瑞德说。基思w·莫瑞德（keithW·moored）和他的团队惊奇的发现，不管附加怎样的运动，伪虎鲸鳍的形状总是最好的，最有效的，而无论附在什么的鲸鳍形状上，白鲸的运动是最高效的。
他们开发的模型验证了他们团队生成的数据。并且基思w·莫瑞德（keithW·moored）团队又拓展了数据，检测由此产生的趋势。他们发现，他们的模型不仅预测了数据集之外的效率，而且还揭示了特定形状是根据特定的运动学量身定做的。
基思w·莫瑞德（keithW·moored）说，一个有趣的启示是循环力和增加的惯性力之间的基本相互作用，有助于动物的运动。循环力是产生升力的力，就像飞机一样。
“尾巴的上下摆动会产生像飞机一样的力，但它也产生额外的惯性力，这与流体加速的速度有关，”基思w·莫瑞德（keithW·moored）说。“在过去，人们不认为这些增加的力与鲸类动物的游泳有关。这在以前的文献中根本没有得到承认。但我们发现，鳍的加速度是预测效率趋势的组成部分，这让我们着迷。它最终给了我们一个准确的预测模型。没有它，我们基本上可以说鳍的形状不会改变效率，那是不正确的。”
拥有一个能够基于形状和运动学来预测性能的模型，为构建像鲸目动物一样的水下机器人提供了一种基本的设计理念。虽然到目前为止，这些理念还无法实现，但这对于水下机器人而言蕴藏着巨大的潜力。快速、高效和高度机动的鱼形机器人可以帮助研究人员测试关于动物如何游泳的假设，并更好地理解鱼群的行为。它们可用于探测潜艇和其他潜水器，也可以用来监测气候变化对鱼类种群的影响。
基思w·莫瑞德（keithW·moored）和他的团队已经开始并扩展了他们的模型，以考虑到更大范围的变量，然后用实验数据进行验证。最终，他们想要建立一个更具预测性的模型。捕捉这些变量的影响，然后预测一系列应用的性能。
编者评：
在年，康奈尔大学科学家根据对鲸鱼和海豚等动物跳出水面动作的研究，研发出了水下跳跃机器人。与简单的仿生鱼机器人不同，这类的水下机器人更从动物运动学和生理结构上面探索运动的本质和生命的本源。我们都知道，对于深海机器人而言，抗压是它们必须克服的障碍。而对于深海生物而言，它们的皮肤为何能承受如此强大的压强，值得探讨、研究和借鉴。
来源：美国物理学家组织网
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