不過(guò)，擋在水生機(jī)器人專(zhuān)家面前的還有一個(gè)難題：物理學(xué)家無(wú)法解釋魚(yú)是怎么游泳的。早在20世紀(jì)90年代，第一條機(jī)器魚(yú)——麻省理工學(xué)院研制的“robotuna”（仿生金槍魚(yú)）——就進(jìn)行了水下實(shí)驗(yàn)。盡管這項(xiàng)工作十分超前，但有關(guān)魚(yú)類(lèi)如何推進(jìn)的數(shù)學(xué)原理至今仍然模糊不清。

 

　　幸運(yùn)的是，科學(xué)家正在逐漸接近目標(biāo)。近日，來(lái)自瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的物理工程師團(tuán)隊(duì)展示了一項(xiàng)測(cè)定和模擬魚(yú)類(lèi)游泳的新技術(shù)，他們的研究?jī)?nèi)容發(fā)表在《混沌》（Chaos）雜志上（《混沌》是一本頂尖數(shù)學(xué)期刊，刊登非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)和非線(xiàn)性物理學(xué)上具有重要原創(chuàng)性的論文）。研究揭示，魚(yú)類(lèi)的游泳比我們?cè)鞠胂蟮膹?fù)雜得多。論文共同作者、哈佛大學(xué)動(dòng)物運(yùn)動(dòng)專(zhuān)家馬提亞·加佐拉（Mattia Gazzola）說(shuō)：“這是一個(gè)很有趣的運(yùn)動(dòng)方式。所有人都或多或少知道魚(yú)是怎么游的，但其中的機(jī)制卻難以捉摸。”

 

　　魚(yú)類(lèi)通過(guò)在水中創(chuàng)造出“結(jié)構(gòu)”——三維的流體渦旋——來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。通過(guò)身體的收縮、凹陷，魚(yú)制造出了一個(gè)渦旋，之后它們推開(kāi)渦旋，并用尾鰭將渦旋甩開(kāi)，向前推進(jìn)。不過(guò)，研究者目前還無(wú)法測(cè)定推開(kāi)這種渦旋的力量大小，這也減緩了機(jī)器魚(yú)研究的速度。當(dāng)然，定量測(cè)量并不容易。加州理工學(xué)院生物推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的約翰·達(dá)比里（John Dabiri）說(shuō)：“你可以在模型飛機(jī)上安裝壓力傳感器，然后在風(fēng)洞中進(jìn)行測(cè)量，但在動(dòng)物身上還無(wú)法做到。”達(dá)比里并未參與這項(xiàng)研究。

 

　　馬提亞·加佐拉的團(tuán)隊(duì)通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬魚(yú)-水相互作用來(lái)研究這一問(wèn)題，主要關(guān)注計(jì)算機(jī)模型魚(yú)與其制造出來(lái)的渦旋之間的動(dòng)力交換機(jī)制。對(duì)這些所謂的“拉格朗日擬序結(jié)構(gòu)”的定量測(cè)定，將有助于機(jī)器人設(shè)計(jì)專(zhuān)家開(kāi)展接下來(lái)的工作。如果知道這些渦旋的旋轉(zhuǎn)機(jī)制，以及渦旋中的水含量，機(jī)器人專(zhuān)家或許就能夠設(shè)計(jì)出能向前推進(jìn)的機(jī)器魚(yú)。

 

　　經(jīng)過(guò)數(shù)百萬(wàn)年的演化，自然界的魚(yú)類(lèi)已經(jīng)具有了無(wú)與倫比的游泳技能。它們比機(jī)器魚(yú)速度更快，效率更高。拉格朗日擬序結(jié)構(gòu)似乎是研究魚(yú)類(lèi)運(yùn)動(dòng)機(jī)制的突破口，有其他科學(xué)團(tuán)隊(duì)也在利用這一方法進(jìn)行研究。下一步，科學(xué)家希望用真實(shí)活動(dòng)的魚(yú)類(lèi)來(lái)證實(shí)這一模型。