西工大“魔鬼魚”研究獲得新突破

中國教育報(bào)-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 馮麗）“頭部”扁而寬，“尾部”扁而尖，翼狀鰭和身體融為一體，在游泳池里撲動(dòng)、滑翔、急停、轉(zhuǎn)彎、穿越，好不自在……去年8月，出現(xiàn)在西北工業(yè)大學(xué)友誼校區(qū)游泳館的一條“魔鬼魚”引起廣泛關(guān)注。

近日，這條“魔鬼魚”再次名聲大噪。一年過去了，除了背部“長”成黃顏色，它的體重也“急速成長”，從靈動(dòng)小巧的10公斤達(dá)到了100公斤?！傲Υ笕缗！钡乃?，拖個(gè)把成年人前行一點(diǎn)都不氣喘。調(diào)皮的時(shí)候，還能玩?zhèn)€倒游，隨時(shí)能流暢地來個(gè)原地轉(zhuǎn)彎。

其實(shí)，這是西北工業(yè)大學(xué)西航海學(xué)院潘光院長領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)模擬“魔鬼魚”（學(xué)名蝠鲼），研制出的一款仿蝠鲼智能水下航行器。

蝠鲼是一種生活在熱帶和亞熱帶海域的底層的軟骨魚類，因其恐怖的外形而被稱為“魔鬼魚”。因其流線型的扁平軀體，不僅有利于游動(dòng)推進(jìn)，還有利于下潛滑行，且在航行器滑翔運(yùn)動(dòng)時(shí)，能有效借助流體的能量實(shí)現(xiàn)更高效率的滑行運(yùn)動(dòng)。人類已經(jīng)觀測到蝠鲼長達(dá)數(shù)千公里的遷徙現(xiàn)象，正是對其運(yùn)動(dòng)高效率的有利證明。蝠鲼的這一特性，能充分滿足長航時(shí)、高機(jī)動(dòng)的大范圍作業(yè)水下航行器的仿生需求。

那么，為什么要給小蝠鲼“增重”呢？據(jù)項(xiàng)目組成員介紹，10公斤的小“蝠鲼”在運(yùn)動(dòng)時(shí)，依靠柔性翼撲動(dòng)推進(jìn)。這種推進(jìn)方式，使之能夠?qū)崿F(xiàn)前游、倒游、原地轉(zhuǎn)彎、快速俯仰等高機(jī)動(dòng)動(dòng)作，但是搭載能力不高、航程有限，無法滿足大范圍作業(yè)任務(wù)需求。通俗點(diǎn)說就是，該航行器在搭載能力、續(xù)航時(shí)間、實(shí)際作業(yè)能力等方面有待提高。

一年來，研究團(tuán)隊(duì)努力給它增重，提高搭載能力，并融合另一種重浮力滑翔推進(jìn)模式，使其兼具長續(xù)航與高機(jī)動(dòng)能力。經(jīng)過多次改進(jìn)，如今的小“蝠鲼”有了四個(gè)型號，突破了推進(jìn)機(jī)理、仿生結(jié)構(gòu)、智能控制等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，開展了大量水池、湖海實(shí)驗(yàn)，達(dá)到國際先進(jìn)水平。

目前“魔鬼魚”家族四個(gè)成員各有特色。I號成員靈活小巧，II號成員是個(gè)大家伙，它是仿蝠鲼水下航行器的中間形態(tài)，主要實(shí)現(xiàn)大升阻比滑翔能力，適宜執(zhí)行大范圍粗維度作業(yè)任務(wù)。目前，已經(jīng)開展了湖海實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了其優(yōu)良性能。III號成員是目前“魔鬼魚”家族中最大的家伙，它是半翼展柔性，滑撲一體推進(jìn)，具備高機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)彎、俯仰等能力；適宜大范圍粗維度+細(xì)維度原位作業(yè)任務(wù)。IV號成員是最大的“魔鬼魚”，重達(dá)100公斤，能拖人前行、倒游、原地轉(zhuǎn)彎。它采用全柔性翼，融合了兩種推進(jìn)模式，運(yùn)動(dòng)姿態(tài)更接近蝠鲼生物，具備長續(xù)航與高機(jī)動(dòng)能力。

“目前IV型樣機(jī)已經(jīng)開展大量水池實(shí)驗(yàn)，性能優(yōu)良。綜合考慮其下潛深度、續(xù)航時(shí)間、搭載能力、推進(jìn)速度等性能，IV型樣機(jī)遙遙領(lǐng)先于同類產(chǎn)品?！表?xiàng)目組的曹永輝老師和曹勇老師介紹說，擁有如此優(yōu)越性能的智能水下航行器，將用于探索海洋的奧秘。

據(jù)悉，潘光院長領(lǐng)導(dǎo)的“仿生智能水下航行器”項(xiàng)目組，現(xiàn)有教師15人，工程人員15人，研究生近50人，包含流體計(jì)算、仿生材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、智能控制等多個(gè)專業(yè)方向。下一步，項(xiàng)目組還將為“魔鬼魚”裝上“耳朵”和“眼睛”，讓它具備環(huán)境感知能力和地形地貌觀測能力，以期用于海洋環(huán)境信息長期觀測和海底科考目標(biāo)定點(diǎn)持續(xù)觀察。