科学家研发仿羽冠海百合水下机器人 仅靠两个驱动器实现升降、前后游动与原地旋转

美国北卡罗来纳州立大学团队开发出一种仿羽冠海百合的软体水下机器人。该设备仅用两个气动驱动输入，即可完成上升、下降、前后移动、悬停和绕轴旋转。成果发表于《Science Advances》，论文题为《最少驱动的仿羽冠海百合软体游泳机器人实现多模式三维机动》。

研究核心是将生物运动中的机械原理用于机器人设计。羽冠海百合有多条柔软羽状腕肢，能协调运动改变方向或保持位置。团队此前开发的蝠鲼灵感机器人上下移动、原地转向和姿态调整不足，因此转向海百合。

新型机器人由中央主体和四条柔性翼状结构组成。中央集成两个独立气动驱动通道，翼肢与水作用产生推进力和旋转力矩。改变通道工作方式，机器人可在三种模式间切换。

水母模式下，两个驱动器同时工作，翼肢下弯推动水流使机器人上升；停止后翼肢弹性恢复，机器人下移，调整频率可近似悬停。鱼类模式只启动一个通道，使两侧结构不对称运动，某侧翼肢摆动类似尾鳍推进。转子模式交替控制两个通道，使翼肢依次运动，带动绕轴旋转。

三种模式结合，使机器人能在上下、前后和旋转方向运动。团队指出，传统设计实现类似范围可能需至少六个驱动器，而该机器人只需两个，关键在于“机械智能”，即利用结构物理特性实现部分控制，柔性翼肢可储存和释放弹性能量。实验显示，其最高游速为每秒1.64个自身身长，最高旋转速度为每秒90度，运输成本指标最低值为17.6。

团队展示了搭载摄像头探索、搬运或提升物体、多机器人协同等潜在用途。增加摄像头、夹持器后，未来或可用于环境监测、海洋污染调查和水下物品回收。目前机器人仍依赖气动输入，后续将开发无线版本；真实海洋中的长期运行、续航、通信和复杂水流稳定性仍需验证。

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