Underwater robotics has advanced significantly over recent decades. however, the development of miniaturized underwater robots remains limited by low energy densities of traditional power sources. Nature offers compelling solutions-organisms like mantis shrimps and fleas utilize latch-mediated spring actuation (LaMSA) systems that achieve rapid movements through a decoupled energy storage and release mechanism. Despite extensive studies of LaMSA, replicating such rapid, asymmetric actuation within simple, compact structures remains challenging. In this work, we introduce a bioinspired, soft bistable actuator with an integrated latch mechanism that enables asymmetric energy input and release using a single motor. Coupled with fin structures, this design facilitates efficient underwater propulsion and maneuverability. Experimental results demonstrate stable periodic flapping, precise steering, and a maximum thrust of 0.528 N, impulse of 0.147 Ns, and vertical displacement of 30 mm. By modulating fin angles, the robot achieves versatile motions, including vertical ascent, diagonal forward movement, and lateral translation. This study presents a novel, energy-efficient approach for controlling motion in compact underwater robots, paving the way for advanced biomimetic designs with potential applications in exploration, environmental monitoring, and inspection.


翻译:近年来,水下机器人技术取得了显著进展。然而,由于传统能源能量密度较低,微型化水下机器人的发展仍受到限制。自然界提供了引人注目的解决方案——诸如螳螂虾和跳蚤等生物利用闩锁介导的弹簧驱动(LaMSA)系统,通过解耦的能量储存与释放机制实现快速运动。尽管LaMSA已被广泛研究,但在简单紧凑的结构中复制这种快速非对称驱动仍具挑战性。本文提出了一种仿生软体双稳态驱动器,其集成了闩锁机构,可通过单个电机实现非对称的能量输入与释放。结合鳍状结构,该设计实现了高效的水下推进与机动性。实验结果表明,该机器人能稳定周期性拍动、精确转向,并达到最大推力0.528 N、冲量0.147 N·s以及30 mm的垂直位移。通过调节鳍角,机器人可实现垂直上升、斜向前进和横向平移等多种运动模式。本研究为紧凑型水下机器人的运动控制提供了一种新颖的节能方案,为具有勘探、环境监测和检测等潜在应用的高级仿生设计铺平了道路。

0
下载
关闭预览

相关内容

仿生机器人技术的军事应用
专知会员服务
14+阅读 · 2025年12月4日
《双模态无人水下/空中系统的建模与实验研究》187页
专知会员服务
24+阅读 · 2025年4月5日
微型仿生机器人研究现状综述
专知会员服务
20+阅读 · 2025年3月28日
《改进水下恶劣条件下人机协作的机器视觉》252页
专知会员服务
30+阅读 · 2024年3月13日
《水下机器人的自然、鲁棒和多模态人机交互》345页
专知会员服务
38+阅读 · 2024年3月11日
水下无人装备前沿发展趋势与关键技术分析
专知会员服务
92+阅读 · 2023年9月7日
微型软体机器人能源驱动技术研究进展
专知会员服务
20+阅读 · 2023年7月12日
《动态空潜跨介质飞行器》苏黎世联邦理工学院
专知会员服务
29+阅读 · 2023年1月2日
前沿:水下机器人及其导航系统
科学出版社
11+阅读 · 2019年6月22日
【学科发展报告】无人船
中国自动化学会
29+阅读 · 2019年1月8日
国外无人水下航行器装备与技术现状及展望
无人机
14+阅读 · 2018年1月11日
水下无人系统发展现状及关键技术
无人机
21+阅读 · 2018年1月5日
无人艇的发展趋势
无人机
13+阅读 · 2017年11月6日
盘点现代水面无人艇技术
无人机
29+阅读 · 2017年10月16日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
17+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
4+阅读 · 6月17日
相关VIP内容
仿生机器人技术的军事应用
专知会员服务
14+阅读 · 2025年12月4日
《双模态无人水下/空中系统的建模与实验研究》187页
专知会员服务
24+阅读 · 2025年4月5日
微型仿生机器人研究现状综述
专知会员服务
20+阅读 · 2025年3月28日
《改进水下恶劣条件下人机协作的机器视觉》252页
专知会员服务
30+阅读 · 2024年3月13日
《水下机器人的自然、鲁棒和多模态人机交互》345页
专知会员服务
38+阅读 · 2024年3月11日
水下无人装备前沿发展趋势与关键技术分析
专知会员服务
92+阅读 · 2023年9月7日
微型软体机器人能源驱动技术研究进展
专知会员服务
20+阅读 · 2023年7月12日
《动态空潜跨介质飞行器》苏黎世联邦理工学院
专知会员服务
29+阅读 · 2023年1月2日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
17+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员