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【机器人|机器人鳍模型，允许通过减少的运动学参数空间进行系统探索】物理模型 ， 已经有各种独立的努力来设计和制造模仿游泳动物中发现的细长波状鳍的运动学的机器人 。 科学家们开发了一种波浪形带状翅片 ， 由八个与翅片膜互连的翅片致动器组成 。 鳍射线由气动平行波纹管驱动 ， 波纹管弯曲类似于鱼鳍中的骨头 ， 但与骨射线相比 ， 气动射线的直径与长度之比要大得多 。 研究人员构建了一个机器人波浪鳍 ， 由十三条射线组成 ， 这些射线围绕一个共同的轴旋转 ， 每条射线由一个专用的伺服电机驱动 。
他们设计了一种模块化的带状鳍机构 ， 可以横向定位为一对胸鳍 ， 也可以向内定位为腹侧带状鳍 。 在这种机制中 ， 翅片膜由离散的刚性丙烯酸链段组成 ， 以减少拉伸弹性膜时的能量损失 。 为了便于操作由刚性材料制成的翅片 ， 十片条翅片射线不会绕轴旋转 ， 而是相对于中平面 ， 以在正弦运动期间保持光线彼此平行 。 尽管这种设计避免了处理高度柔顺的膜的缺点 ， 但鳍射线的运动学和膜材料与实际的生物波动带状鳍有很大的不同 。
这种设计的更新版本 ， 称为NKF-II ， 有八根鳍条连接到一个包含水箱的潜水器主体 ， 允许浮力控制 。有关人员设计和构建了一个波动机器人鳍模型 ， 目的是了解带状鳍推进的流体动力学和电鱼的电感应系统之间的相互联系 。 第一个版本的波纹带状翅片模型由八个伺服电机驱动的刚性翅片射线和由乳胶片制成的翅片膜组成 。 起伏的鳍是机器人潜入水中的唯一部分 。
幽灵机器人有三十二条射线 ， 由一个厘三十二米的莱卡鳍覆盖 ， 该鳍连接到一个可容纳所有电机的潜水器主体 。 身体是鱼雷形的 ， 当它接收来自水外的控制信号和电力时 ， 它被安装和系住 。还有许多其他起伏带状翅片模型的例子 。 科学家开发了一种电机驱动的波浪形鳍片致动器来模拟尼罗罗非鱼的运动学 ，一种非洲弱电鱼 ， 它使用背中带状鳍 ， 并就多个鳍参数分析其推进力学 。
科学家设计并建造了具有两个横向波浪形鳍片的仿生水下航行器 。 他们建造了一个波状带状翅片 ， 只有两个致动器 ， 一个在翅片的两端 ， 以验证推力产生的计算结果 。 并使用由单自由度驱动的柔性箔片来研究鱼类的波动运动 。 使用这些仿生机器人的研究工作有着共同的目标 ， 即开发一种更具机动性的水下航行器 ， 并了解鱼类波动运动的基本机械原理 一旦建立了鳍的物理模型 ， 就有许多不同的方法来分析潜在的力学 。
通常第一步是让机器人在一组与自然界观察到的运动学非常匹配的情况下游泳 。 稳态游泳速度的测量包括自由游泳鳍的运动捕捉 ， 或将流动隧道的速度与机器人的自由游泳速度相匹配 。 此外 ， 可以通过在机器人鳍和机械地面之间放置一个称重传感器来测量固定鳍的力 ， 这在生物学中很难或不可能进行 ， 尤其是在鱼类中 。 流量和力测量可以结合起来估计流动隧道或拖车罐中的阻力 。
最后 ， 使用粒子图像测速等流量测量技术来确定机器人尾翼产生的尾流的速度矢量场 ， 其中重要的特征包括因为可以推导出涡量和动量通量 。 虽然粒子图像测速通常在飞机上进行 ， 但最近的工作已经使用体积流技术进行了三维速度场测量 ， 该技术应用于水下机器人和活体动物的力学 。 对于大多数测量 ， 鳍的运动学已被理想化为由三个或四个参数组成的简单行波 ， 例如频率、波长、幅度和长高比 。 机器人鳍模型允许通过减少的运动学参数空间进行系统探索——这在研究活鱼时是不可能的 。
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