Accelerating Aquatic Soft Robots with Elastic Instability Effects

要約

正弦波のうねりは、魚や水生生物ロボットにとって最も成功した遊泳パターンであると長い間考えられてきました [1]。
しかし、ヘアクリップ機構によって生成される遊泳パターン (HCM、パート iii、図 1A) [2] ～ [5] は、この知識に疑問を投げかける可能性があります。
HCM は、弾性エネルギーを蓄積し、スナップスルー座屈によって蓄積されたエネルギーを迅速に解放する、面内プレストレス双安定機構です。
魚ロボットに使用すると、HCM は魚の体として機能し、HCM うねりと呼ばれる独特の泳ぎパターンを作成します。
同じエネルギー消費量 [3] で、HCM フィッシュは巡航速度が 2 倍向上し、従来設計のソフトフィッシュよりも優れた性能を発揮します。
この現象を Aquarium を使用したシングルリンク シミュレーションで再現します [6]。
HCM アンジュレーションは、基準アンジュレーション (6.78 N/m)、サイン パターン (5.34 N/m/s)、およびキャンバー サイン パターン (6.36 N/m) の 2 ～ 3 倍である 16.7 N/m の平均推進力を生成します。
正弦波パターンに近い効率を実現します。
これらの結果は、魚ロボットやより速い水泳パターンの開発に役立ちます。

要約(オリジナル)

Sinusoidal undulation has long been considered the most successful swimming pattern for fish and bionic aquatic robots [1]. However, a swimming pattern generated by the hair clip mechanism (HCM, part iii, Figure 1A) [2]~[5] may challenge this knowledge. HCM is an in-plane prestressed bi-stable mechanism that stores elastic energy and releases the stored energy quickly via its snap-through buckling. When used for fish robots, the HCM functions as the fish body and creates unique swimming patterns that we term HCM undulation. With the same energy consumption [3], HCM fish outperforms the traditionally designed soft fish with a two-fold increase in cruising speed. We reproduce this phenomenon in a single-link simulation with Aquarium [6]. HCM undulation generates an average propulsion of 16.7 N/m, 2-3 times larger than the reference undulation (6.78 N/m), sine pattern (5.34 N/m/s), and cambering sine pattern (6.36 N/m), and achieves an efficiency close to the sine pattern. These results can aid in developing fish robots and faster swimming patterns.

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