水下探索革命：布朗大学的Pleobot解锁海洋秘密

想象一个复杂的、相互连接的、自主导向的机器人网络。它们像一个复杂的水下芭蕾舞一样协调工作，探索黑暗的海洋深处，进行详细的科学调查和高风险的搜索与救援任务。这种未来主义的愿景正在变得更加现实，多亏了布朗大学的研究人员，他们正在开发一种新的水下导航机器人。其中一个机器人平台，称为Pleobot，是他们最近在科学报告上发表的研究的主角。

磷虾，这些小型甲壳类动物，是海洋生态系统的重要组成部分，它们是优秀的游泳者，具有出色的机动性、加速性和转弯能力。它们令人惊叹的运动能力激发了布朗大学研究人员的灵感，开发了Pleobot——一个由三个关节连接的机器人平台，模仿了磷虾的荧光波状游泳方式。

“Pleobot让我们能够以前所未有的分辨率和控制力来研究磷虾游泳的所有方面，这使得它能够在水下机动性方面出类拔萃，”布朗大学工程学院的博士生Sara Oliveira Santos说，她是该研究的第一作者。

研究团队旨在使用Pleobot作为一个综合工具来了解磷虾游泳的方式，并利用100万年的进化潜力来设计更好的机器人，以便在海洋中导航。

Pleobot的机制：模拟磷虾游泳的奇迹

Pleobot项目是布朗大学和墨西哥国立自治大学之间的国际合作项目。他们共同努力，破解磷虾如何在复杂的海洋环境中导航和进行每天两次超过1000米的巨大垂直迁移的秘密——相当于堆叠三个帝国大厦。

“我们已经对它们游泳的机制有了一些了解，但我们还没有全面数据，”布朗大学威尔赫尔姆斯实验室的博士后研究员Nils Tack解释道。

该团队已经建造并编程了Pleobot，以精确模拟磷虾的腿部运动，并改变附肢的形状，从而对流体-结构相互作用在附肢水平上有了更深入的了解。

开创自主水下车辆的未来

根据研究人员的说法，磷虾的荧光波状游泳方式使得它们能够出色地机动，表现出一种波状运动的游泳腿的顺序部署。这种特征是他们认为可以融入未来可部署的群体系统的东西。布朗大学工程系助理教授Monica Martinez Wilhelmus说：”了解附肢水平的流体-结构相互作用将使我们能够对未来的设计做出明智的决定。”

这些未来机器人群体可以绘制地球的海洋，参与广泛的搜索和救援任务，甚至可以探索太阳系中其他月球的海洋，如欧罗巴。威尔赫尔姆斯补充说：”磷虾聚集是自然界中群体的优秀例子… 这项研究是我们长期研究目标的起点，即开发下一代自主水下感知车辆。”

Pleobot设计的意义

Pleobot的构造涉及流体力学、生物学和机电一体化的多学科团队。其组件主要由3D打印件组成，设计是开源的。研究人员已经复制了磷虾双枝鳍的开合运动，这被认为是该平台的首次。该模型是在磷虾大小的十倍上构建的，通常约为一根回形针的大小，从而可以更准确地观察和分析。

“在发表的研究中，我们揭示了磷虾游泳的一个未知机制：它们如何在向前游泳的同时产生升力而不下沉，”奥利维拉桑托斯说。”我们能够揭示这一机制是通过使用机器人实现的，”实验室的博士后研究员Yunxing Su补充说。他们发现，在游泳腿的推力阶段，游泳腿后面的低压区域有助于提高升力，这是理解和复制磷虾高效游泳的一个关键发现。

布朗大学团队的开创性工作与Pleobot标志着开发下一代自主水下感知车辆的探索中的一大飞跃。这些机器人所要探索的海洋的可能性看起来是无穷无尽的。