想象一下一个复杂的网络，由相互连接的自主机器人组成。它们像复杂的水中芭蕾舞一样协同工作，在黑暗的海洋深处航行，进行详细的科学调查和高风险的搜救任务。由于布朗大学的研究人员的努力，这种未来的愿景正在逐渐变为现实，他们正在开发一种新型的水下导航机器人。其中一种名为Pleobot的机器人平台是他们最近在《科学报告》上发表的研究的主角。
磷虾是海洋生态系统中至关重要的一部分，它们是非凡的游泳者，具有出色的操纵能力、加速度和转向能力。布朗大学的研究人员受到它们卓越的运动能力的启发，开发了Pleobot这个机器人平台，它由三个关节部分组成，模仿了磷虾特有的节律游泳风格。
“Pleobot使我们能够以前所未有的分辨率和控制力来研究所有帮助磷虾在水下操纵的游泳方面，”布朗大学工程学院的博士候选人、该研究的第一作者Sara Oliveira Santos说道。
研究团队的目标是将Pleobot作为一个全面的工具，来理解类似磷虾的游泳，并利用1亿年的进化潜力来设计更好的海洋导航机器人。
Pleobot的机械结构：模仿磷虾游泳的奇迹
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。他们一起解码磷虾这种节律游泳者在复杂的海洋环境中如何导航以及如何每天进行超过1000米的巨大垂直迁徙，相当于将三座帝国大厦叠起来。
“我们已经拍摄到它们高效游泳的机制的快照，但我们没有全面的数据，”布朗大学Wilhelmus实验室的博士后研究员Nils Tack解释道。
研究团队已经建造和编程了Pleobot，精确地模拟磷虾的腿部运动和附肢形状的改变，为理解附肢水动力结构交互提供了新的更深入的认识。
开创自主水下车辆的未来
研究人员表示，节律游泳技术使磷虾能够表现出卓越的操纵能力，展示出波浪般的顺序展开游泳腿的运动。他们认为这一特点可以被应用到未来的可展开的群体系统中。布朗大学工程学助理教授Monica Martinez Wilhelmus断言：“能够理解附肢水动力结构的相互作用将使我们能够对未来的设计做出明智的决策。
这些未来的机器人群体可以绘制地球上的海洋地图，参与广泛的搜寻和恢复任务，甚至探索太阳系中的卫星海洋，如木卫二。Wilhelmus补充说：“磷虾聚集是自然界中群体的一个很好的例子…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设计的重要性
Pleobot的构造涉及液体力学、生物学和机电一体化等多学科团队。它的组成部分主要由3D打印零件组成，设计是开源的。研究人员复制了磷虾的双节鳃脚的张开和闭合运动，这被认为是这种平台的首次尝试。该模型的比例是磷虾的十倍，而磷虾通常只有一根回形针的大小，这样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许多未知机制之一的答案：它们如何在向前游泳时产生浮力，以免下沉，”Oliveira Santos说。“我们能够通过使用机器人揭示了这一机制，”实验室的博士后研究员Yunxing Su补充道。他们发现，在游泳腿的推力阶段，游泳腿背侧的低压区域有助于提高浮力，这是理解和复制磷虾高效游泳的关键发现。
布朗大学团队在Pleobot上的开拓性工作，标志着发展下一代自主水下感知车辆的重大进展。这些机器人的可能性似乎和它们打算探索的海洋一样广阔。