Morphing median fin enhances untethered bionic robotic tuna’s linear acceleration and turning maneuverability

要約

魚に似た遊泳者の正中鰭は、直線的な加速と操縦のプロセスにおいて重要な役割を果たします。
しかし、繋がれていないロボット魚の実験に焦点を当てた研究はほとんどありませんでした。
本物のマグロの行動を模倣し、折り畳み可能な背びれを備えた自由遊泳バイオニックマグロを開発しました。
背びれが適切な条件で勃起すると、頭の揺れが 50% 減少し、直線加速度が 15.7% 増加し、回転角速度が 32.78% 増加し、回転半径が 33.13% 減少します。
逆に、背びれを立てると濡れた表面積が増加し、安定した水泳段階での最大速度と効率が低下します。
この発見は、マグロが操縦中や加速中に正中鰭を立て、その後抗力を減らすために折り畳む理由を部分的に説明します。
また、加速後に正中鰭を折りたたんでも運動効率に大きな影響を与えないことを確認しました。
この研究は、波打つ水中ロボットにおけるモーフィング正中鰭の応用を裏付け、魚の移動に対する正中鰭の影響をさらに理解するのに役立ちます。

要約(オリジナル)

Median fins of fish-like swimmers play a crucial role in linear acceleration and maneuvering processes. However, few research focused on untethered robotic fish experiments. Imitating the behaviour of real tuna, we developed a free-swimming bionic tuna with a foldable dorsal fin. The erection of dorsal fin, at proper conditions, can reduce head heave by 50%, enhance linear acceleration by 15.7%, increase turning angular velocity by 32.78%, and turning radius decreasing by 33.13%. Conversely, erecting the dorsal fin increases the wetted surface area, resulting in decreased maximum speed and efficiency during steady swimming phase. This finding partially explains why tuna erect their median fins during maneuvers or acceleration and fold them afterward to reduce drag. In addition, we verified that folding the median fins after acceleration does not significantly affect locomotion efficiency. This study supports the application of morphing median fins in undulating underwater robots and helps to further understand the impact of median fins on fish locomotion.

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