Adaptive multimodal swimming gaits in a reconfigurable modular soft robotic fish

鱼类运动 计算机科学 步态 模块化设计 机器人 仿生学 弹道 软机器人 外骨骼 模拟 推力 方向舵 执行机构 工作(物理) 张拉整体 障碍物 爬行 控制理论(社会学) 转弯半径 液压缸 中心图形发生器 扭矩 群体行为 摇摆 机器人学 刚度 避障 欠驱动 鱼 移动机器人 半径 控制工程
作者
Bo Wang,Lei Li,MengFan Xu,Nannan Hu,Wenzhuo Gao,Jie Zhang,Bo Yin,Zhanhua Xin,Junzhi Yu
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:12 (1): eaea1299-eaea1299 被引量:11
标识
DOI:10.1126/sciadv.aea1299
摘要

Fish swim with four main gaits-anguilliform, subcarangiform, carangiform, and thunniform-produced by waves along varying portions of the body. However, how muscle activation length influences swimming performance remains poorly understood. We present a reconfigurable robotic fish that replicates all four gaits in a single platform by rapidly tuning its body stiffness. Vacuum-driven layer jamming muscles in four tensegrity joints enable quick (≤1 s) stiffness modulation (stiffness ratio of 46.6) and gait switching. In thunniform gait, the robot reaches 1.24 body lengths per second, whereas in anguilliform gait, it achieves agile maneuvering with a turning radius of 0.26 body lengths. Fluid simulations show that the thunniform gait generates stronger vortices and 142% more thrust compared with anguilliform motion at 5 Hz, explaining its high-speed performance. The robot dynamically adapts gaits during locomotion-using thunniform for fast traversal and anguilliform for obstacle negotiation-demonstrating environmental adaptability. This work advances understanding of aquatic multimodal locomotion.
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