Towards Unusual Rolled Swimming Motion of a Bioinspired Robotic Hammerhead Shark Under Negative Buoyancy

浮力 海洋工程 仿生学 阻力 鱼翅 运动(物理) 运动学 模拟 计算机科学 工程类 人工智能 机械 航空航天工程 物理 生物 渔业 经典力学
作者
Shuaizheng Yan,Zhengxing Wu,Jian Wang,Sijie Li,Min Tan,Junzhi Yu
出处
期刊:IEEE-ASME Transactions on Mechatronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:29 (3): 2253-2265 被引量:3
标识
DOI:10.1109/tmech.2023.3319324
摘要

In nature, the hammerhead shark possesses a special rolled swimming motion to combat the effects of inborn negative buoyancy. Inspired by this natural mechanism, we developed a novel biomimetic robotic hammerhead shark to explore the distinctive rolled swimming motion mode. First, a scaled-down robotic prototype is constructed based on the morphological characteristics of the hammerhead shark. Second, the kinematics and dynamics of fish-like swimming are built, thereafter, model identification and validation are performed to improve the accuracy of the robotic model. Furthermore, the physical effects of the long dorsal fin and the rolling state on swimming performance are investigated indepth by numerically simulating the lift and drag forces over different fin surfaces and the dynamic torque of the body. Finally, extensive aquatic experiments demonstrate the remarkable improvements on locomotion performance and propulsive efficiency of the robotic hammerhead shark by the proposed rolled motion. The obtained results provide a new solution for the long voyage of high-load robotic fish system.
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