鲸鱼或海豚跃出水面是自然界最壮观的景象之一，但这类优美的动作在技术上极具挑战性。为了破解其中的流体力学奥秘，康奈尔大学的研究团队选择了一条务实的路径——通过建造机器人来模拟动物从水中跃出的行为。
从小型动物入手：青蛙与甲壳类的破水行为
研究人员将目光投向更简单、更常见的动物，如青蛙和小型甲壳类动物。这些动物常为捕获猎物或逃避捕食者而进行破水跃出，其小巧的体型和可预测的行为，使它们成为理想的研究对象。
夹带水团：决定跳跃高度的关键因素
研究发现，决定动物从水中跳出多高的关键因素之一被称为夹带水团——即动物离开水面时随之带起的水量。这部分额外质量往往占动物总重量的很大比例，最优的跳跃者会想方设法将其降到最低。这些善于跳跃的动物普遍呈流线型，以便尽可能顺畅地切入水中。
机器人设计的挑战
然而，研究人员模仿该行为建造的机器人却并不简单。他们选择的设计仅靠铰链和橡皮筋提供跳跃力，但设备始终无法达到真实动物跃出的高度。研究作者Sunghwan Jung解释道：当我们制造并测试类似跳跃动物的机器人系统时，它的跳跃速度与动物不同。为什么我们的机器人不像流线型动物那样携带更少的水？想象一下穿着湿衣服离开游泳池——由于水的重量，你可能寸步难行。
对于机器人的下一代迭代，研究团队希望设计出在水中移动更轻松、跳得更高的版本。未来，这项研究有望助力设计更复杂的机器人。结合对真实动物的仿生研究与通信系统的协同，我们或将很快看到小型破水机器人探索海洋。