Um Mecanismo de Ajuste de Rigidez Baseado em Coluna Elástica Rápido e Online para Natação Similar a Peixes

Os peixes ajustam a rigidez da cauda coordenando seus tendões, músculos e outros tecidos para melhorar o desempenho de natação. Para peixes robóticos, alcançar um ajuste de rigidez semelhante a peixes rápido e online em uma ampla faixa de escala é de grande significado para a melhoria do desempenho. Este artigo propõe um peixe robótico de rigidez variável baseado em coluna elástica, que adota aço de mola para emular a coluna do peixe, e sua rigidez é ajustada afinando o comprimento efetivo da coluna elástica. A rigidez pode ser alternada na faixa máxima ajustável em até 0,26 s. Para otimizar o desempenho de movimento dos peixes robóticos ajustando a rigidez da cauda, um modelo dinâmico baseado em Kane é proposto, com o qual a estratégia de ajuste de rigidez para natação em múltiplas etapas é construída. Simulações e experimentos são realizados, incluindo medições de desempenho e análises em termos de velocidade de natação, empuxo, e assim por diante, e natação em múltiplas etapas baseada em ajuste de rigidez online, que verifica a viabilidade do peixe robótico de rigidez variável proposto. A velocidade máxima e o menor custo de transporte para peixes robóticos são de 0,43 m/s (equivalente a 0,81 BL/s) e 7,14 J/(kg·m), respectivamente.