高速遊泳と三次元機動性を両立するソフトロボット魚を開発(Soft Robotic Fish Combines High-Speed Swimming with 3D Maneuverability)

2026-10-13 中国科学院(CAS)

中国科学院瀋陽自動化研究所の研究チームは、高速で泳ぎながら、浮上・潜水・旋回などの三次元運動を行える電気油圧駆動式のソフトロボット魚を開発した。研究成果は学術誌 IEEE/ASME Transactions on Mechatronics に2026年10月5日付で掲載された。従来のソフトロボット魚では、遊泳速度を高めると柔軟性や機動性が損なわれる課題があった。そこで研究チームは、魚の筋肉と骨格の協調運動を模倣した剛柔複合型の駆動機構と、浮袋を模倣した動的浮力制御機構を組み合わせた。実験では、体長の毎秒2.13倍に相当する最大遊泳速度(約26cm/s)を達成し、推進効率の指標となる輸送コストは最小9.4J/(kg・m)だった。また、浮力を変化させて機体の姿勢を制御し、水平遊泳、旋回、上昇、潜水、螺旋状の上昇などを実現した。本技術は、水中環境モニタリングや水中資源探査などに利用できる高機動性水中ロボットの設計に貢献すると期待される。

高速遊泳と三次元機動性を両立するソフトロボット魚を開発(Soft Robotic Fish Combines High-Speed Swimming with 3D Maneuverability)
Biomimetic design and locomotion mechanism of the soft robotic fish (Image by SIA)

<関連情報>

電気油圧駆動式高速生体模倣ソフトロ​​ボット魚(柔軟な3次元機動性を備えた) Electrohydraulic Actuated High-Speed Biomimetic Soft Robotic Fish With Flexible 3D Maneuverability

Yiwei Zhang; Chuang Zhang; Hengshen Qin; Lianchao Yang; Qi Zhang; Fei Nie,…
IEEE/ASME Transactions on Mechatronics  Published:05 October 2026
DOI:https://doi.org/10.1109/TMECH.2026.3732033

Abstract

Natural fishes exhibit remarkable propulsion and flexible three-dimensional (3D) maneuverability, inspiring research on biomimetic soft robotic fish. However, due to limitations in soft actuation performance and inadequate posture regulation, existing soft robotic fish still face challenges in achieving high-frequency rapid propulsion and multidimensional movement. In this article, we develop a soft robotic fish that achieves high swimming speed and flexible 3D motion by coupling electrohydraulic actuation with a buoyancy-based posture control unit. Specifically, a two-degree-of-freedom electrohydraulic actuator is designed and modeled to mimic antagonistic muscle contractions, enabling high-frequency oscillations for rapid propulsion. The experimental results showed that the soft robotic fish achieves a maximum speed of 2.13 BL/s and a low transport cost of 9.4 J/(kg·m), surpassing most previously reported soft robotic fish’s swimming performance. Moreover, by embedding a posture control system based on gas–liquid phase transition, the robotic fish can achieve a dynamic pitch angle ranging from -20° to 58°, thereby enabling versatile 3D trajectories such as ascent, descent, and spiral maneuvers. This article not only enhances swimming speed but also proposes a coupled actuation–posture cooperative control framework for advancing soft robotic fish from planar propulsion toward controllable 3D locomotion.

0109ロボット
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