可变形软体机器鱼的灵活多模式游泳方式

鱼类依靠身体/尾鳍（BCF）的波动运动展现出极强的游泳适应性，能通过调动身体不同部位产生四种经典游泳步态：鳗型（身体80%以上波动）、亚鲹型（50-70%波动）、鲹型（后1/3波动）和鲔型（仅尾柄<20%波动），速度从鳗型的<3体长/秒到鲔型的最高20体长/秒递增。然而，此前研究对肌肉激活长度如何影响游泳性能的理解不足，且现有机器鱼多局限于单一步态，难以系统比较不同模式。

为此，研究团队研发了一种多模态软体机器鱼，它结合张拉整体结构的原位重构能力和层 jam 技术的快速刚度调制，通过四个连续关节的选择性锁定，可复现上述四种步态。该机器鱼由刚性头部（含控制电子元件）、可重构张拉整体中体和柔性尾鳍组成，每个关节含四个仿生 jam 层肌肉（BJLM），通过真空驱动实现刚度快速调节（切换时间≤1秒，刚度比46.6）。

性能测试显示：鲔型步态下，机器人速度达1.24体长/秒；鳗型步态下，转弯半径仅0.26体长。流体动力学模拟表明，5Hz时鲔型步态产生的涡流更强，推力比鳗型高142%，解释了其高速性能。能耗方面，鲔型步态在5Hz时运输成本（CoT）最低，比鳗型低约45%，推进效率达67.91%。

动态适应实验中，机器鱼能在运动中无缝切换步态：高速巡航时用鲔型，遇到障碍物切换为鳗型。在受限环境测试中，它可在U型通道（宽60cm，小于自身65cm体长）中切换至鳗型完成U型转弯，而固定鲔型模式则会被困。野外试验也验证了其通过切换步态穿越狭窄岩缝的能力。

该研究不仅实现了单一平台上四种鱼类步态的复现，还为理解水生多模态运动提供了物理模型，有望应用于复杂水域任务如礁区监测、冰下探测等。