Harnessing the Power of Vibration Motors to Develop Miniature Untethered Robotic Fishes

要約

小型水中ロボットは、特に限られた空間や高圧の深海環境において、海洋資源の探査と開発において重要な役割を果たします。
この研究では、バイオからインスピレーションを得たヒレの振動を動力源とする小型ロボット魚の設計、最適化、およびパフォーマンスを紹介します。
これらのフィンは、剛性と柔軟性のハイブリッド構造を特徴とし、偏心回転質量 (ERM) 振動モーターを励起源として使用して、推進のための音響ストリーミングを誘発する高周波の一方向振動を生成します。
小型 ERM 振動モーターを搭載した駆動機構により、複雑な機械的駆動システムが不要となり、駆動システム全体を外部環境から完全に隔離することが可能になり、ロボット魚の小型化が促進されます。
85*60*45 mm^3 の大きさの、繋がれていないコンパクトなロボット魚には、胸部と尾部の位置に生物からインスピレーションを得た 3 つのひれが装備されています。
実験結果は、ロボット魚がすべてのフィンによって毎秒 1.36 体長 (BL) の最大前方遊泳速度を達成し、単一のフィンによって駆動された場合の最小回転半径 0.6 BL を達成することを示しています。
これらの結果は、さまざまな海洋探査作業用の、機動性の高い小型の繋がれていない水中ロボットの開発を進める上で、ERM 振動モーターを採用することの重要性を強調しています。

要約(オリジナル)

Miniature underwater robots play a crucial role in the exploration and development of marine resources, particularly in confined spaces and high-pressure deep-sea environments. This study presents the design, optimization, and performance of a miniature robotic fish, powered by the oscillation of bio-inspired fins. These fins feature a rigid-flexible hybrid structure and use an eccentric rotating mass (ERM) vibration motor as the excitation source to generate high-frequency unidirectional oscillations that induce acoustic streaming for propulsion. The drive mechanism, powered by miniature ERM vibration motors, eliminates the need for complex mechanical drive systems, enabling complete isolation of the entire drive system from the external environment and facilitating the miniaturization of the robotic fish. A compact, untethered robotic fish, measuring 85*60*45 mm^3, is equipped with three bio-inspired fins located at the pectoral and caudal positions. Experimental results demonstrate that the robotic fish achieves a maximum forward swimming speed of 1.36 body lengths (BL) per second powered by all fins and minimum turning radius of 0.6 BL when powered by a single fin. These results underscore the significance of employing the ERM vibration motor in advancing the development of highly maneuverable, miniature untethered underwater robots for various marine exploration tasks.

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