|
在本届“挑战杯”机械与控制类作品展厅内，名为《组合仿生UUV》的展台前参观者络绎不绝。“我不停地给他们讲解，现在嗓子都哑了。”中国科学技术大学流体力学专业的学生金通笑着说。 UUV是“无人水下航行器”的缩写，主要用于科考探测和水下侦查等用途。这款作品与众不同之处在于结合了游鱼摆尾推进能力好和昆虫扑翼机动性好的双重优点。 金通用视频给记者展示了这个名叫“SuperFish”的UUV在水中的矫捷身手。只见胸鳍一摆，小家伙几秒钟内便敏捷地穿越上下方的各种障碍；疾速前游的过程中，突然尾鳍向两侧展开180度，一下子就稳稳地停下来，样子十分可爱。尽管记者以前见过不少机器鱼，但能游得如此流畅自然，并能表演出这么多运动模式的作品还真是少见。 大三时，金通便开始构想这一设计。他在查阅大量资料后发现，最早的无人水下航行器，大都采用螺旋桨式设计，虽然向前推进的速度较快，但航行时螺旋桨会产生大量水泡，隐身性和机动性都不理想。后来美国麻省理工大学设计出了一款仿生的“机器龟”，依靠前后四个鳍摆动推进。“机器龟”虽然动作接近海洋生物，具有噪音小、高机动性的特点，但航行速度并不理想。如何把推进能力和机动性结合在一起呢，鱼和熊掌真的不可兼得吗？ “一种生物的进化是为了适应一定的环境，所以它的性能不全面，为什么不跳出这一思路，把几种生物的优点结合在一起呢？”金通说，正是这个大胆的想法，催生了他的“SuperFish”。仔细观察可以发现，鱼通过尾鳍摆动，可以很快地向前游动，但要做出其他的动作则较为困难。但昆虫扑翼就解决了这个问题，给鱼装上一对能够划动、挥拍、滚转的翅膀，这样就使得原来有些笨拙的鱼儿，有了蜻蜓般轻盈舞动的本领。 金通的这一创新性思路，为作品的研发找准了方向。但实际制作中，还是面临很多细节上的问题。比如到底采用单尾鳍还是双尾鳍？尾鳍是设计成多关节的还是单关节的？运动时是采用对称摆动还是同向摆动？在实验室里一次次反复的对比研究，他最终采用了双尾鳍对称运动的推进方式，这样不仅有效抑制了常规尾鳍推进所带来的水体晃动问题，而且显著提高了速度。 中国科学院院士童秉纲看到这款作品后评价道：“‘组合仿生’为仿生研究的‘源于自然，超越自然’提供了一个非常好的案例。该作品的最大亮点是其突破单类生物的生理、结构等局限，其上浮下潜、滚转、倒退以及急停等综合机动能力在现有的水下航行器中尚未见过。该作品的优异性能有望在军事、科考等领域得到广泛的应用。” 在金通看来，本科生创新的关键并不在于掌握多么高深的技术，而是要努力寻求理念上的突破。“以往的国内外UUV仿生思路都是模仿单一生物，比方说模仿鱼，如果性能达不到要求，设计者会认为是自己模仿得不够到位，而不是从原有思路中跳出来寻找其他的解决办法。” 让人更加惊奇的是，这件作品的单个制作成本只有800元，整个项目的研发费用也只有两三千元。金通告诉记者他的这个课题并没有得到专门的项目经费，试验的花费都是指导老师杨基明教授赞助的。研发中，他为了节约成本，采用了很多巧妙的制作方法。像舱体是用乐扣水杯制作的，很多的零部件也都是利用废料自己加工完成。 “其实小成本也能搞科研。”金通说，当年美国政府投入大量资金研制飞机失败了，莱特兄弟却用“山寨”般的条件成功发明了飞机，正是他们的成功激发了千千万万低成本制作的科研工作者。 转载自《中国青年报》 |
