漣漪蟲/波紋蝽（Rhagovelia）生活在湍急溪流中，其中足末端具有獨特的“羽毛扇”結構，可在10毫秒內通過毛細力和彈性被動展開或折疊，實現高速移動和急轉彎，其運動性能堪比果蠅。其扇結構啟發了微型水上機器人的設計，提升了機器人的推進力、制動性和機動性。

漣漪蟲利用其中足末端的扁平帶狀結構彈性扇在急流表面行進。研究表明，該扇狀結構的方向性剛度能夠實現快速、被動的彈性毛細形態變化，且這一過程無需肌肉參與。這種扁平帶狀扇片在腿部回撤階段保持可折疊性，而在拖曳式推進階段維持剛性，使其能在50毫秒內完成96度的全身轉向，最高前進速度達120體長/秒——與果蠅空中急轉能力相當。

圖2：仿生機器人扇的設計與工作機制

基于這種形態功能結構啟發，文中研制出一種1毫克級彈性毛細扇片，并將其集成到昆蟲尺度機器人中。昆蟲與機器人的實驗共同證實：自變形扇片能顯著提升推力、制動性與機動性。本研究揭示了扇片微觀結構與受控界面推進之間的內在聯系，為敏捷型水生微型機器人的緊湊化彈性毛細驅動器建立了設計原則。該技術方法為水面巡檢、環境監測、搜救和水陸兩棲等場景的微型水上機器人設計提供了新思路。

圖3：漣漪蟲的運動學與流體動力學表現

圖4：Rhagobot機器人的控制與性能對比

圖5：不同驅動結構的能耗比較與機器人性能對比

文章標題：

Ultrafast elastocapillary fans control agile maneuvering in ripple bugs and robots

文章鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv2792

文章來源：科研新知