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我院文力副教授研究团队在水下仿生软体结构与驱动方面取得进展

作者: </span><span>发布: 2018-09-29</span></p> <p class="news_r_con"> <div class=发布: 2018-09-29

        机器人领域著名期刊《Soft Robotics》(机器人领域排名第一期刊,IF:5.057)刊登了我院国家优青获得者文力副教授团队在水下仿生软体结构与驱动的最新研究成果“Understanding Fish Linear Acceleration Using an Undulatory Biorobotic Model with Soft Fluidic Elastomer Actuated Morphing Median Fins“。我院毕业研究生任子宇(现为德国马克斯普朗克研究所博士研究生),胡凯楠(现于中航担任工程师),袁涛(现于中航担任工程师)为该项研究的主要作者,文力老师作为第一兼通讯作者,并主导了这项研究。美国哈佛大学George Lauder教授为该项研究提供了活体生物学实验数据,王田苗教授为这项研究共同作者。

 

图1 仿生机器鱼和软体可拍动/折展的机器鱼鳍

图2 利用数字粒子示踪技术获得的机器鱼游动过程中产生的流场揭示了背鳍产生的涡与尾鳍产生的涡方向相反,进而侧向力抵消
研究团队发现自然界鱼类柔性鳍材料硬度跨越多个数量级,刚柔耦合,并可以实现大变形拍动,折展等运动。研究团队采用了复合多材料3D打印工艺,其驱动为仿生的纤维增强柔性驱动器,最终实现了仿生柔性鱼鳍上实现了真实鱼鳍的抬起/收合,以及可控的多相位、幅度组合的波动等多种运动模式。依托实验室前期搭建的“自由推进”水下力学平台,研究团队探究了鱼鳍在机器鱼加速游动过程中的影响,在实验过程中同时运用了数字粒子示踪技术来计算机器鱼游动产生的流场。相关实验结果发现了鱼鳍收合状态对机器鱼加速有着显著的影响(32.5 %),同时可减小侧向力(24.8 %),从而揭示了鱼类在游动过程中鱼鳍不仅能提高推进效率,同时可动态调控稳定性。该项研究的成果为将来高效水下航行器的设计和制作提供了一个新的思路。
与此同时,在支持这项研究的柔性驱动传感一体化关键技术上,文力研究团队也取得了进展。2017级研究生方玺、2014级博士生郝雨飞、2017级研究生刘泽民的研究 ”A self-sensing Soft Bending Actuator With Model-based Variable Effective Length” 在近日International Symposium of Flexible and Stretchable Electronics会议上获得Best Poster Award,并获得了美国科美高梅院士,中国科美高梅外籍院士黄永刚教授、以及美国科美高梅院士,中国科美高梅外籍院士王中林教授的高度评价。软体结构、驱动、传感一体化关键技术将为未来的智能水下软体机器人奠定重要基础。
该研究获得国家自然科学基金重点项目(61633004, 61333016)的支持。
论文原文链接:
https://www.liebertpub.com/doi/full/10.1089/soro.2017.0085?utm_source="sfmc&utm_medium=email&utm_campaign=SORO FP August 23 2018&d=8/23/2018&mcid=1643104073
北航官网英文版报道与论文视频链接:http://ev.buaa.edu.cn/info/1081/1578.htm

 

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