仿生机器鱼可不是“花拳绣腿”,正走向实际应用

机器人生态圈 2022-04-13

机器人机器鱼仿生机器人

1514 字丨阅读本文需 6 分钟

现在仿生的智能化产品越来越多见,而且越来越惟妙惟肖,研发出来的仿生产品形态都非常逼真,功能也非常贴合真实生物。

仿生机器鱼

不久前,世界首条仿生鲸鲨在上海海昌海洋公园亮相。这条身长4.7米的庞然大物在水中灵活自如、以假乱真,不仅可以进行精彩的水下表演,还能搭载传感器进行水质监测和摄影摄像等。仿生机器鱼从理论研究逐步走向实际应用,带给人们更多期待。

仿生机器鱼属于跨学科交叉领域。其外形结构的设计要用到仿生学原理,模仿鱼类运动主要采用运动控制技术,而在赋予其鱼类感知能力如听觉、触觉和视觉时,会加入仿生侧线、鱼眼相机等传感器,甚至采用人工智能方法让它们更“聪明”。此外,材料制备、智能规划与决策等技术手段也不可或缺。

相较于传统的螺旋桨推进水下机器人,仿生机器鱼在环保、效率、机动性等方面优点显著。它结构密封,锂电池和驱动机构往往安装在内部,对水体没有污染且不易缠绕水草,能更好融入自然环境,对真实鱼类不会造成伤害;它模仿鱼类的摆动,具有更理想的流体力学性能,能量效率大大提高;它还能模仿鱼类C形转向、前后滚翻等复杂动作,展现出更强大的机动性能。

海洋生物种类多样、各有天赋,受不同生物特性启发,仿生机器鱼也是各式各样。近年来,我国仿生机器鱼团队研制了丰富多彩的机器鱼系统,包括机器鱼的高速航行、自主动态吸附以及在国际上首次实现机器海豚的跃水等多项成果。

这些仿生机器鱼可不是“花拳绣腿”,而是具有重要的理论意义和广泛的实用价值。

在生物研究领域,它可以辅助研究鱼类游动机理,探索鱼群效应等鱼游生物学现象;在工程领域,它可以在狭窄或危险的水下环境中开展水质监测、救捞、考古、设备检修、海洋地图测绘、海洋生物拍摄、可燃冰探测等工作。它还可以在海洋馆中代替珍稀野生鱼类以供科普。一些企业也从中获得启发,比如丰田汽车利用箱鲀构造生产车型。

总体来看,仿生机器鱼在仿生基本原理和系统集成等方面发展很快,各类成果纷纷亮相。不过,受限于制作材料和驱动机构,目前仿生机器鱼的运动性能与真鱼相比仍有一定差距,包括长时巡游速度、瞬间爆发力等,其感知技术水平也相对有限。此外,海洋环境错综复杂,对于稳定性、可靠性和智能性有着极高要求,目前大多仿生机器鱼尚不具备在恶劣海洋环境下开展作业的能力。

仿生机器虾

近日,科学家仿生南极磷虾研发一种可在水下探索和收集数据的机器虾。

据悉,南极磷虾是一种生活在南冰洋的南极洲水域的甲壳类动物,主要以浮游生物为食,集中于南冰洋,南极磷虾富有极高的营养成分和医用价值。

起初科学家们研究磷虾是为了了解浮游生物的聚集作用,模仿磷虾运动行为开发出一种机器人系统,这个系统拥有磷虾相同的游泳特征。不过此时设计的“游泳者”运动速度不是过快就是太慢,科学家们不断调整参数后,取了中间值设计出仿生机器虾。

科学家认为这种新的设计即将填补仿生类运动学的空白文献,并且新的机器人出现,人们的研究河流湖泊等生物更加便利,只需放出仿生机器人即可完成探索、监控以及收集数据供生物学家和环境科学家使用。

我们看这个仿生蝴蝶,不仔细看还真像是一只真蝴蝶,这么小的机器人竟然还有追踪程序以及摄像头,能够自动起飞,并且能够规避像天花板之类的障碍物,据称十五只机器人蝴蝶同时起飞也没有问题,相互之间不会发生“撞机”的情况。

还有这个仿生的水母机器人,还原度确实是非常高,相比仿生蝴蝶,这个水母的个头就大了许多,所以它内部的配置更加丰富,功能也更为强大,水母机器人的触手能够控制自身的运动,采用了高科技的超轻材料,让水母机器人运动过程中的耗电非常低,活动的时间相对就更长了。

还有就是机器人蜻蜓,它的外观就更形象了,特别是翅膀区域的设计,1:1还原了真实蜻蜓的翅膀模样,这只蜻蜓的内配要比仿生的蝴蝶更多,飞行起来也更加精准,能够像真实蜻蜓那样在空中悬浮飞行。

除此以外,还有许多仿生的机器人,大部分的产品都有很高的还原度,如果加上3D“外衣”,还真的是让人傻傻分不清楚。未来,仿生机器从理论研究逐步走向实际应用,带给人们更多期待。

文章来源:人民网,科幻网,绽放的科技君

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