涟漪虫/波纹蝽（Rhagovelia）生活在湍急溪流中，其中足末端具有独特的“羽毛扇”结构，可在10毫秒内通过毛细力和弹性被动展开或折叠，实现高速移动和急转弯，其运动性能堪比果蝇。其扇结构启发了微型水上机器人的设计，提升了机器人的推进力、制动性和机动性。

涟漪虫利用其中足末端的扁平带状结构弹性扇在急流表面行进。研究表明，该扇状结构的方向性刚度能够实现快速、被动的弹性毛细形态变化，且这一过程无需肌肉参与。这种扁平带状扇片在腿部回撤阶段保持可折叠性，而在拖曳式推进阶段维持刚性，使其能在50毫秒内完成96度的全身转向，最高前进速度达120体长/秒——与果蝇空中急转能力相当。

图2：仿生机器人扇的设计与工作机制

基于这种形态功能结构启发，文中研制出一种1毫克级弹性毛细扇片，并将其集成到昆虫尺度机器人中。昆虫与机器人的实验共同证实：自变形扇片能显著提升推力、制动性与机动性。本研究揭示了扇片微观结构与受控界面推进之间的内在联系，为敏捷型水生微型机器人的紧凑化弹性毛细驱动器建立了设计原则。该技术方法为水面巡检、环境监测、搜救和水陆两栖等场景的微型水上机器人设计提供了新思路。

图3：涟漪虫的运动学与流体动力学表现

图4：Rhagobot机器人的控制与性能对比

图5：不同驱动结构的能耗比较与机器人性能对比

文章标题：

Ultrafast elastocapillary fans control agile maneuvering in ripple bugs and robots

文章链接：

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

文章来源：科研新知