在海洋科技飛速發(fā)展的當(dāng)下，一場由機(jī)械化向智能化轉(zhuǎn)變的變革正在海洋高端裝備領(lǐng)域悄然興起。中國科學(xué)院丁漢院士指出，仿生機(jī)器人領(lǐng)域正處于生物智能與人工系統(tǒng)深度融合的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，這一突破將重新定義人類探索自然的方式。其中，水下無人航行器（UUV）作為“深海物聯(lián)網(wǎng)”的核心載體，憑借仿生波動(dòng)推進(jìn)技術(shù)突破了傳統(tǒng)螺旋槳的物理限制，不僅在學(xué)術(shù)層面具有重要價(jià)值，更推動(dòng)著長期駐留水下的智能裝備網(wǎng)絡(luò)成為現(xiàn)實(shí)。

海洋作為戰(zhàn)略資源的重要聚集地，其開發(fā)深度直接關(guān)系到國家的未來發(fā)展。UUV在海洋調(diào)查、勘探以及國防安全等多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但傳統(tǒng)螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)存在噪聲大、隱蔽性差等固有缺陷。受尼羅河魔鬼魚等高效游動(dòng)生物的啟發(fā)，仿生波動(dòng)推進(jìn)技術(shù)通過模擬生物鰭的行波傳遞機(jī)制，在推進(jìn)效率、運(yùn)動(dòng)精準(zhǔn)度和環(huán)境適應(yīng)性方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。其柔性運(yùn)動(dòng)模式兼具低噪聲和強(qiáng)隱蔽性，為新一代智能水下裝備的研發(fā)提供了顛覆性的技術(shù)路徑。

水下波動(dòng)推進(jìn)技術(shù)的科學(xué)基礎(chǔ)源于海洋生物億萬年的自然進(jìn)化。與傳統(tǒng)的身體/尾鰭（BCF）推進(jìn)模式相比，中間鰭/對鰭（MPF）推進(jìn)模式通過調(diào)節(jié)行波頻率、幅值等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)多維運(yùn)動(dòng)控制。其特殊的渦旋演化機(jī)制使推進(jìn)效率提升超過30%，在極地勘探、暗流監(jiān)測等極端環(huán)境中更具技術(shù)優(yōu)勢。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，基于該原理的機(jī)器人平臺在低速抗擾動(dòng)能力方面較傳統(tǒng)系統(tǒng)提升了5.8倍，在軍民融合領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

然而，這一技術(shù)在工程轉(zhuǎn)化過程中仍面臨三大挑戰(zhàn)：復(fù)雜流固耦合過程的理論建模精度有待提高；多模態(tài)控制與三維渦旋演化機(jī)制尚未完全明確；近海水面運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性缺乏系統(tǒng)性理論框架。為突破這些瓶頸，西安交通大學(xué)的胡橋團(tuán)隊(duì)通過長期研究，構(gòu)建了“理論分析—數(shù)值模擬—實(shí)驗(yàn)研究”的完整研究體系，并著有《水下波動(dòng)推進(jìn)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)研究》一書。

該書由科學(xué)出版社于2025年8月出版，ISBN號為978-7-03-082596-4。全書分為三部分：第一部分為波動(dòng)推進(jìn)理論，包括第2章和第3章，基于沖量原理和二維線性化模型，量化分析了運(yùn)動(dòng)參數(shù)與推進(jìn)效率的關(guān)系；第二部分為仿生波動(dòng)推進(jìn)水動(dòng)力學(xué)，涵蓋第4至6章，通過高精度數(shù)值方法解析了波動(dòng)推進(jìn)的渦旋演化耦合機(jī)制；第三部分為波動(dòng)推進(jìn)機(jī)器人性能，包括第7章和第8章，創(chuàng)新提出了機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，并結(jié)合船舶穩(wěn)性理論實(shí)現(xiàn)了抗風(fēng)浪能力的突破。各章節(jié)貫穿“機(jī)理認(rèn)知-模型構(gòu)建-裝備設(shè)計(jì)”的轉(zhuǎn)化邏輯，為仿生機(jī)器人的工程化提供了創(chuàng)新方法。

該書聚焦水下波動(dòng)推進(jìn)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)研究的前沿技術(shù)，系統(tǒng)開展了基于沖量原理的波動(dòng)推進(jìn)動(dòng)力學(xué)建模研究，分析了推力與流體沖量之間的基本關(guān)系，建立了水動(dòng)力性能的理論模型與數(shù)值預(yù)報(bào)方法。通過二維和三維波動(dòng)推進(jìn)水動(dòng)力性能預(yù)報(bào)與流場演化分析，優(yōu)化了水下機(jī)器人的水動(dòng)力性能。書中結(jié)合理論分析、數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究，深入探討了仿生波動(dòng)推進(jìn)的運(yùn)動(dòng)機(jī)制與性能優(yōu)化方法，為高性能水下波動(dòng)推進(jìn)機(jī)器人的研發(fā)提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

該書不僅適合高等院校機(jī)械工程、海洋工程等專業(yè)的本科生和研究生學(xué)習(xí)參考，也為水下波動(dòng)推進(jìn)機(jī)器人領(lǐng)域的科研人員和工程技術(shù)人員提供了重要的閱讀材料。