南加州大学维特比工程学院的研究人员发现，在极端流体动力载荷下，海星通过改变形状有效地附着在表面上。包括亨利·塞尔瓦托利航空航天和机械工程早期职业主席米图尔·卢哈尔和博士生马克·赫尔墨斯在内的研究人员发现，海星由于其形状而产生“下压力”。这意味着，海星不是被水流力抬升，而是被推向它们所在的岩石或底板表面。

南加州大学维特比航空航天与机械工程系助理教授Luhar说，海星具有令人难以置信的适应性。“当有高波浪活动和高水力时，海星会变得更瘦，更低调。当海星被运送到一个水动力较低的庇护环境时，它们会弹出一点，它们的横截面会变大。”

卢哈尔说，了解这种形状变化可以帮助设计出同样能适应极端水动力环境的水下机器人。

形状和力之间的相互作用

研究人员用计算模型和3d打印模型测试了对海星形状及其对水中力的影响的理解。“我们马上注意到，”卢哈尔说，“海星不是被拉离它们所在的表面，而是被向下推——仅仅是因为它们的形状。”

卢哈尔说，研究人员认为，这种下压力效应是海星——以及未来的水下机器人——即使在最极端的条件下，也能附着在海床或岩石上，而不是被抬离它的关键。

研究人员还测试了其他形状。卢哈尔说，如果是锥形或圆顶，水就会顺着形状的轮廓向上流动，然后向下流动。随着气流最终向下推动，产生了一个相等且相反的力，从而产生了整体的提升效果。海星的形状类似于三角形的楔形，水向上流动，两边的角度就像一个斜坡，把水从表面推开。

卢哈尔说:“当海星把水流推开时，水流会产生一个大小相等、方向相反的力，向下推海星。”“锥形或球形不会产生相同的‘斜坡效应’，因此不会产生类似的下压力。”

为了获得对力场的完整的三维理解，Luhar说他们使用计算模型来进一步阐明他们所看到的3d打印形状。Luhar说，在他们考虑的形状中，球形穹顶在升力和下压力方面表现最差，也就是说，它在与底部表面或地面的连接方面表现最差。

柔软的机器人

下一步是研究一种可以实时变形的软结构，Luhar说。Hermes目前正在开发这种结构。卢哈尔说，这种设计的关键在于它能对水道做出反应，从而使它能够根据需要调整形状，以附着在岩石或海床上，或者交替地，让它随着水流上升。

“假设水改变了速度，”卢哈尔说。“我们可以确定什么形状是最好的，机器人可以相应地改变它的形状。”

Luhar说，最终的想法是了解如何开发一种机器人，它将与流一起工作，而不是在它中间挣扎。

“如果我们能够利用周围的环境，而不是与之战斗，我们也可以创造更高的效率和性能收益，”Luhar说。