- ScaFi 機械人可透過調整尾桿直徑改變尺寸，從 2 英尺伸展至近 10 英尺。
- 該機械人模仿鱈魚及鯖魚的遊動模式，適用於不同環境。
- 測試顯示，三部不同尺寸的 ScaFi 機械人在動作表現上相當一致。
- 研究人員認為，這種設計可應用於其他柔性機械人領域。
監測溪流的水底機械人往往無法直接放大用於巡邏湖泊，工程師每次都需要從零重新設計。由 EPFL 博士研究生 Nana Obayashi 領導開發、並現於 NYU Tandon 擔任助理教授的團隊，近日發表一款名為 ScaFi 的仿魚機械人，僅需一項結構調整，即可將同一基本設計由 2 英尺伸展至接近 10 英尺，同時保持原有的遊動姿態。
現時大部分仿魚機械人尺寸固定，且只適合單一任務，採用與螺旋槳推進載具相同的軀體彎曲遊動方式，以便避免在植被中纏繞或驚擾野生生物。ScaFi 專門以鱈魚及鯖魚等魚類為藍本，模仿這些魚類將軀體彎曲動作集中於尾部的特徵。Obayashi 表示，這種遊動模式在體型差異極大的魚類中皆可觀察得到，因此監測溪流與監測湖泊通常需要兩部完全獨立的機械人。
ScaFi 的尺寸調整特點
環境的規模各有不同，但機械人工具卻鮮少能夠靈活調整規模，ScaFi 的設計正是針對這道缺口而來。機械人前端採用剛性結構，尾段則以玻璃纖維桿製成柔性尾鰭，並由單一摩打拉動兩條在尾端交錯的腱線，從而產生魚類遊動所需的 S 形彎曲。要改變 ScaFi 的尺寸，只需調整尾桿的直徑；尾桿會隨機械人體型增大而成比例加粗，以維持相近的彎曲特性。
研究團隊分別製作長約 2 英尺、3.6 英尺及 9.5 英尺的三部 ScaFi 機械人，並測試其遊動表現。體型最小的機械人所產生的水流漩渦與真魚留下的痕跡相近，將遊動動作按體型比例調整後，三者在動作表現上亦相當一致。團隊繼而將各機械人按尺寸投放至合適環境：中型機械人投放於瑞士一條溪流，最大型機械人則在日內瓦湖執行任務，最小型的則在只有 6 至 12 吋深的淺溪中運作。
溪流測試期間，機械人曾失去 GPS 訊號，但仍能維持遊動。
能源效益與靈活性考量
能源效益並未能如遊動動作般隨尺寸變化而等比放大。兩部較小的機械人表現相若，最大型機械人效率則持續較低，需要改用馬力更大的摩打。研究人員估計，阻力與慣性的差異或可解釋此一落差，但確切成因仍有待釐清。當機械人被外力擾動而偏離航道時亦出現類似權衡：最小型機械人雖最靈活，卻恢復得最慢；較大型機械人應對幹擾較穩定，但整體靈活性下降。研究人員認為，圍繞單一結構參數的規模調整方式，有望延伸至水底以外其他柔性機械人領域，相關研究成果已於《npj Robotics》期刊發表。
項目 規格 機械人名稱 ScaFi 仿魚機械人 設計團隊 EPFL 博士研究員 Nana Obayashi（現在 NYU Tandon 擔任助理教授） 生物藍本 鱈魚、鯖魚等尾部主導彎曲的魚類 結構設計 剛性前端加柔性玻璃纖維尾桿，由單一摩打拉動兩條交錯腱線產生 S 形彎曲 尺寸調整方式 僅調整尾桿直徑，核心摩打及腱線系統保持不變 測試尺寸 約 2 英尺、3.6 英尺、9.5 英尺 部署場景 瑞士溪流（約 6 至 12 吋深）、日內瓦湖 發表期刊 npj Robotics
ScaFi 設計的潛在應用與挑戰
ScaFi 機械人的設計突破了傳統仿魚機械人的局限，使其能夠靈活應對不同環境的需求。這種單一結構調整的方式不僅提升了機械人的應用範圍，還可能為其他類似技術的發展提供新的思路。然而，能源效益未能隨尺寸增大而等比提升，這顯示出在設計上仍需針對性能進行進一步的優化。整體而言，ScaFi 的發展不僅對水底監測技術有重要意義，也為未來柔性機械人技術的進步鋪平了道路。