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新闻Robohub1 个月前
EPFL发布ScaFi仿生机器鱼：跨尺度驱动复用验证运动学相似性
本文由 AI 根据公开内容整理，可能有误，请以原文为准：Small, medium or large, a robotic fish maintains its swimming ability（Robohub）
核心内容
EPFL CREATE Lab与纽约大学团队在npj Robotics发表ScaFi研究成果，构建了0.6米、1.1米和2.9米三种规格样机，覆盖15-30厘米浅溪到日内瓦湖环境。实验表明该设计在长度增加近5倍情况下仍保持真实鱼类尾流涡旋模式，中号样机在溪流测试中具备GPS丢失后自主续航能力，验证了单一设计范式在多生态位监测中的可行性。
ScaFi采用刚性前体与玻璃纤维杆柔性尾部组合，核心创新在于仅按比例调整尾杆直径即可维持跨尺度弯曲行为，电机与交叉肌腱传动系统保持不变，显著降低重复开发成本。但能效未随尺寸线性优化，2.9米样机因阻力惯性需换大功率电机；小样机敏捷但抗扰恢复慢，大样机稳定但灵活性降，揭示了仿生推进系统在运动学与动力学缩放上的非对称权衡。
关键看点
- 跨尺度驱动架构：采用刚性头部加柔性玻纤尾杆结构，仅改变尾杆直径即可在0.6至2.9米范围内复用同一套电机与交叉肌腱系统，避免重构设计。
- 运动学相似性验证：三型样机经尺寸归一化后游泳步态高度一致，最小样机产生的尾流涡旋模式与真实鱼类相似，证实缩放方法有效保留仿生游动特征。
- 能效与稳定性权衡：2.9米样机受流体阻力与惯性影响能效降低需换装电机；小样机敏捷但抗扰恢复慢，大样机稳定但灵活性差，揭示动力学缩放非线性难题。
- 浅水生态适应性：替代螺旋桨推进以避免缠绕植被与扰动沉积物，最小样机可在15至30厘米极浅水域作业，填补传统AUV在复杂近岸生态监测中的空白。
工程与产业观察
ScaFi证明关键结构参数化可实现仿生机器人跨尺度复用，大幅降低多环境部署硬件研发边际成本。其揭示的运动易缩放、能效难缩放现象提示具身智能硬件设计不能仅依赖几何相似律，需在仿真与实测中建立包含流体动力学效应的多物理场缩放模型，对水下及软体机器人标准化模组设计具有重要工程参考价值。
来源
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