机器鱼用灵活的电磁鳍在水中飞驰

鱼类能在水中疾速穿梭，只需轻摆尾部就能灵活转向。研究人员一直试图让水下机器人实现类似效果，中国某研究团队已取得突破性进展 —— 他们研发的柔性电磁鳍，可推动水下机器人以每秒 405 毫米（相当于 1.66 倍体长）的速度游动，转向半径仅为 0.86 倍体长。

该研究由浙江大学海洋传感技术国家重点实验室助理教授周方浩指导。周方浩指出，鱼类具备敏捷、高效且适应性强的特质，如何通过机器人技术模拟这些特性是一大挑战。

“传统电机驱动的机器人鳍能产生强劲推力，但通常体积庞大、结构僵硬。” 他说，“而柔性驱动器虽具备灵活性，却往往动力不足，难以实际应用。我们的目标是融合两者优势，打造出像真实肌肉一样，紧凑、强劲且灵活的驱动器。”

新型鳍片的研发原理

研究团队设计了一款带弹性关节的柔性电磁鳍，其摆动时摩擦力极小，核心结构由两个小型线圈和球形磁铁构成。当交流电通过线圈时，会产生振荡磁场，驱动鳍片像鱼尾一样来回摆动；磁场停止振荡时，鳍片则回归中立静止位置。

团队成员、周方浩实验室的博士生王哲介绍，他们不仅在水中成功操控了这款仿生鳍，还建立了一套将电输入与水动力推力输出相关联的数学模型。“这意味着仅通过输入电流，就能预测鳍片在水下的运动状态，这在柔性机器人领域并不常见。”

在他们的实验中，研究人员使用高速相机和精密力传感器来测量鳍片的轨迹及其产生的推力，尽管鳍片仅重 0.493 克，但峰值推力为 17 牛顿。

周方浩表示，该机器人系统体积小、重量轻且动力强劲，易于扩展为多鳍系统。但他也提到，当前设计存在能耗较高的问题：“电磁线圈需要消耗大量电流，导致游动续航时间相对较短。我们正在探索降低能量损耗的方法，比如优化线圈几何结构、采用能量回收电路，以及应用无需持续激励的智能控制策略。”

应用前景与后续规划

研究人员预计，该机器人系统可应用于多个领域，包括水下探索、生态监测和检测任务，例如安全地与珊瑚礁及海洋生物进行交互。

“下一步，我们将研究多鳍协同运动，让机器人实现更灵活、更逼真的游动行为。” 王哲说，“同时，我们也在探索提升能效、延长运行时间的方法，并进一步微型化系统，以适配小型自主水下平台。”