这款两栖无人机像吸盘鱼一样搭便车

鮣鱼，俗称吸盘鱼，严格来说并不是寄生虫。它们只是随波逐流。你经常会看到它们附着在大型海洋动物身上，比如鲨鱼或鲸鱼，有时甚至是小船上，免费穿越数英里的海洋，同时消耗很少的能量。

这些奇怪的生物有扁平的前额，看起来像鞋底。但正是这种奇怪的吸盘式前额让鮣鱼能够紧紧抓住海豚，即使海豚在空中旋转并重重落回水中。事实上，科学家们一直想知道鮣鱼的肋状头部是否蕴藏着更好的粘合剂的秘密。最近，这一特征引起了一群来自北京航空航天大学、伦敦帝国理工学院和瑞士联邦材料科学与技术实验室的国际工程师的兴趣，他们试图制造这种吸盘结构，以帮助无人机获得更好的抓地力。

最终成果是一款受鮣鱼启发的空中和水中搭便车机器人。本周《科学机器人》杂志发表的一篇论文详细介绍了他们如何制造和测试这款无人机，它可以飞行、游泳，并能附着在空中和水中的表面。它还可以像飞鱼一样在两种介质之间轻松移动。

为了制作像鲣鱼一样的无人机，研究人员首先必须观察真正的鱼。他们使用摄像机跟踪鲣鱼附着在水族箱两侧的过程，发现即使吸盘的某些部分没有接触水族箱壁，吸盘仍能抓住水族箱壁。他们还使用微型计算机断层扫描 (micro-CT) 扫描鲣鱼的头部，并观察吸盘内部不同的骨骼和软组织结构。

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这项技术向他们展示了鲣鱼盘具有鳃状软组织膜，膜下是一层骨结构。膜可以旋转或倾斜一定角度，这有助于它粘住。这两层膜由位于它们和盘唇或吸盘边缘之间的结缔组织连接。移动这两层膜的肌肉位于它们下方，并散布着血管。

然后，该团队使用 3D 打印技术构建了一个椭圆形原型圆盘，该圆盘具有鳃状网格结构，长 87 毫米，宽 46 毫米。原型有四个功能层，一个模仿结缔组织的软层，一个模仿鳃膜的主圆盘，以及流体控制通道，这些通道充当旋转膜以及竖起和压下膜中每一排的马达。还有另一个流体控制马达，用于弯曲圆盘。圆盘唇形成密封，当圆盘移动和旋转时，它会在各个隔间和外部环境之间产生压力差，从而导致粘附。

随后，该团队制作了一个空中和水中混合机器人，并在其中添加了类似鲣鱼的圆盘。在经过修改的四轴飞行器机器人上，圆盘配有两个电机组件，包括泵送流体以操纵膜并弯曲圆盘的液压系统，以及卷曲圆盘边缘以使其分离的电缆系统。机器人本身的控制系统包括飞行控制模块、速度调节器、通信系统、遥控器和电池。还为机器人定制了“被动变形螺旋桨”。这些螺旋桨将在水下折叠（叶片与水接触时向内折叠）并在空中展开（转速增加产生的离心力使叶片展开）。

由此产生的类似鮣鱼的机器人可以附着在平坦和弯曲的表面上，无论是湿的还是干的。在游泳池测试中，该机器人能够转向、附着和脱离更大的水下机器人。在附着过程中，机器人可以切断螺旋桨的电源并切换到“待机模式”，与主机一起移动。在海洋中的实地测试中，机器人可以拍摄水下视频并打捞水下物体。

“机器人在空中和水中的转换（每个周期）消耗的电量是悬停在空中的 1.9 倍。值得注意的是，与悬停状态相比，机器人的搭便车状态可以减少高达 51.7 倍（空中）和 19.2 倍（水下）的功耗，”论文作者写道。“这种机器人形态可能有望应用于多种开放环境，包括长期空中和水中观测、跨介质操作、水下结构检查、海洋生物调查和冰山探测。”