Bio-Inspired Robotic Cownose Ray Propelled by Electroactive Polymer Pectoral Fin

鱼翅 拍打 仿生学 胸肌 推力 人工肌肉 声学 材料科学 工程类 解剖 执行机构 物理 机械工程 电气工程 生物 结构工程 纳米技术 渔业
作者
Zheng Chen,Tae I. Um,Jianzhong Zhu,Hilary Bart‐Smith
出处
期刊:Volume 2: Biomedical and Biotechnology Engineering; Nanoengineering for Medicine and Biology 被引量:39
标识
DOI:10.1115/imece2011-64174
摘要

The cownose ray (Rhinoptera bonasus) demonstrates excellent swimming capabilities; generating highly efficient thrust via flapping of dorsally flattened pectoral fins. In this paper, we present a bio-inspired and free swimming robot that mimics the swimming behavior of the cownose ray. The robot has two artificial pectoral fins to generate thrust through a twisted flapping motion. Each artificial pectoral fin consists of one ionic polymer-metal composite (IPMC) as artificial muscle in the leading edge and a passive PDMS membrane in the trailing edge. By applying voltage signal to the IPMC, the passive PDMS membrane follows the bending of IPMC with a phase delay, which leads to a twist angle on the fin. The characterization results have shown that the pectoral fin was able to generate up to 40% tip deflection and 10° twist angle with less than 1 Watt power consumption. A bio-inspired rigid body was designed using Computerized Axial Tomography (CT Scan) data of the cownose ray body and printed using a 3-dimensional printer. A light and compact on-board control unit with a lithium ion polymer battery has been developed for the free swimming robot. Experimental results have shown that the robot swam at 0.034 BL/S.
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