Science Robotics：这条仿生鱼不一般，能模仿活黄鳍金枪鱼的速度和运动！

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导读

海洋是一个蕴含着丰富能源的宝库，具有巨大的开发价值。原有的水下探测、作业、运载装置难以满足复杂水下作业的需求，这要求我们的现代的水下探测能力必须要有一定的提高，也促进我们对水下机器人的研发工作的进一步开展。前段时间，弗吉尼亚大学工程学院的机械工程师领导与哈佛大学的生物学家合作，创造了第一条被证明能够模仿活黄鳍金枪鱼的速度和运动的机器人鱼。并在《Science Robotics》发表了论文《金枪鱼机器人技术：探索游泳鱼类性能空间的高频实验平台》。

作者：凛冬

仿生一直人们在创造新事物经常会选择的方式，人类的很多发明创造都来源于对自然生物某项能力和结构的模仿和再现。仿生机器鱼属于仿生机器人范畴，只是对象换成了鱼类。和普通的水下推进器相比，鱼类的游动具有推进效率高、机动性能好、隐蔽性能好等优点。仿生机器鱼作为鱼类推进机理和机器人技术的结合点，为研制新型的水下航行器提供了一种新思路，具有重要的研究价值和应用前景。它能够在复杂水下环境作业、军事侦察、水下救捞、海洋生物观察、考古、国防等方面发挥作用。

通过更好地了解鱼类的移动方式，研究人员最终可以为有人和无人水下航行器开发更快、更高效的推进系统。最近弗吉尼亚大学工程学院的机械工程师领导与哈佛大学的生物学家合作，开发高频的实验平台，探索鱼类游泳的性能。

（研究人员拿着Tunabot）

他们首先进行了robotic tuna项目。该项目由UVA工程院的机械与航空航天工程学系教授Hilary Bart-Smith领导，是一项为期五年、耗资720万美元的多学科大学研究计划而诞生的，美国海军研究办公室向Bart-Smith授予了研究不同鱼类的快速、高效游泳的项目。该项目旨在更好地理解鱼类推进的物理学。这项研究最终可以为下一代水下航行器的开发提供信息，并且是由类似鱼的系统驱动，而不是螺旋桨。

（金枪鱼的游动）

然而，在它被应用在载人和无人驾驶车辆等公共和商业用途前，团队首先要了解鱼类和其他生物是如何在水中移动的。来自哈佛大学的生物学教授George V. Lauder及其研究小组精确地测量了黄鳍金枪鱼和鲭鱼的游泳动力学。使用该数据，Bart-Smith和他的团队，研究科学家Jianzhong “Joe” Zhu和博士学生Carl White建造了一个机器人，该机器人不仅可以像一条鱼一样在水下运动，而且还能以足够快的速度击败其尾巴，从而达到几乎相同的速度。

（Tuna的游动）

“我们的目标不仅仅是建造机器人。我们真的很想了解生物游泳的科学。” Bart-Smith说， “我们的目标是建立某种东西，以便检验是什么使游泳生物如此快速和高效的假设。”

通过将该机器鱼与活体样本进行比较，他们更加了解了生物学和机器人平台之间的相似性，不仅在游泳运动学方面，而且在速度、尾拍频率和能量性能之间的关系方面。

（Tunabot）

接下来，团队进行了第二个项目——Tunabot，是以manta ray（魔鬼鱼、蝠鲼）为模型的水下机器鱼。无眼、无鳍的Tunabot大约10英寸长，在生物学上相当于7英尺。研究人员在UVA工程学院机械工程大楼一个大型实验室中的一个占据大约四分之一房间的流量罐中对它的动力特性进行了测试。钓鱼绳可以使机器人保持稳定，而绿色的激光穿过塑料鱼的中线。激光测量机器人在每次制造尾巴时扫出的流体运动。随着水箱中水流的加速，Tunabot的尾巴和整个身体都以快速弯曲的方式运动，类似于一条活的黄鳍金枪鱼游泳的方式。

“到目前为止，我们在有关鱼机器人的文献中看到，确实有一些其他人做的非常棒的系统，但数据在测量选择和表示方面往往不一致。这就是目前机器人领域的现状。我们关于Tunabot的论文意义重大，因为我们的综合性能数据有着非常高的标准，”学生White说。

（Tunabot的尾鳍怎么移动）

主要研究人员Bart-Smith还提到：“我们并不认为生物学已经进化到最好的解决方案。这些鱼已经进化了很长一段时间，在进化中找到了一个解决方案，使它们能够生存，具体来说，是吃、繁殖，而不是被吃掉、死亡。如果不受这些需求的约束，我们可以只关注生物那些能够提高性能、速度和效率的机制和特性。我们的终极目标是超越生物学。我们是否能造出一种看起来像生物但比你在海洋里看到的任何东西游得都快的东西呢?”

或许在未来的某一天，随着能源利用率的提高、材料的革新，我们是能够达到更高的速度，甚至于能够超过海底的“原住民”。

END