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可「搭便车」的鮣鱼仿生机器人诞生了,未来将应用于海洋生物探测等领域

归属:聚焦手机 日期: 2020-06-23 作者: 热度: 605℃ 875喜欢
可「搭便车」的鮣鱼仿生机器人诞生了,未来将应用于海洋生物探测等领域

近几年来,海底 AI 革命的火热爆发促使海内外出现各式各样的水下仿生机器人,它们在海洋世界里各显神通。

着名纪录片《动物世界》曾拍摄到一种海洋生物──被称为「吸盘鱼」的䲟鱼,凭着嘴部吸盘可吸附在鲸类、鲨鱼和海龟腹部,即使宿主快速游动,䲟鱼还是能牢牢附着而不脱落。

观看纪录片之际,并没有想到这居然会成为今天䲟鱼仿生机器人的模板。据了解,近日,由北京航空航天大学、哈佛大学和波士顿大学联合启动一项科研计画,利用 3D 列印技术製作䲟鱼仿生机器人,来帮助研究海洋生物。最近一期《科学‧机器人学》(Science Robotics)杂誌报导了相关研究成果。

目前,水下机器人的研发有个难题──很难在水里完成自主抓取的任务。以䲟鱼为模板的水下仿生机器人,为解决这个难题打开了新的思路,因为透过顺势吸附完成抓取。

 䲟鱼仿生机器人的构造

这款水下机器人具备䲟鱼与吸盘两部分,研究团队利用 3D 列印和雷射切割技术设计出这款仿生机器人。其中,最精巧複杂的部分就是鱼头部位的吸盘。鱼头吸盘由 3 部分组成:

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据了解,课题组和哈佛大学 Robert Wood 实验室一起闯关,藉助高精度雷射加工技术,加工出尺度、形状都和真实䲟鱼结构高度近似的硬质小刺,并嵌入複合材料的样机鳍片。

除此之外,为了让䲟鱼仿生机器人在水里动起来,课题组还製作了轻量化、防水的纤维增强软体直线驱动器,达到䲟鱼吸盘内部鳍片微动,幅度约为 150 微米。

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课题组做出的仿生䲟鱼软体吸盘机器人样机,能在光滑表面产生相当自重约 340 倍、粗糙表面自重约 100 倍的吸附力。

鮣鱼仿生机器人研发成功之前,文力教授曾经带领团队研发「软体章鱼触手机器人」。今年 3 月,北航 ITR 软体机器人实验室与国际着名机器人与自动化公司 FESTO 合作研製发表「软体章鱼触手机器人」,并在汉诺威工业展获得德国总理梅克尔的青睐。这种机器人能为不同形状、大小的物体完成安全无损和有力的抓取,突破了刚性机器人的部分先天缺陷。

水下仿生机器人应用前景广阔

主导研发这项仿生机器人的文力教授表示,「这种『搭便车』行为最大的优点,就是能有效减少运动消耗的能量。」

「透过将仿生样机整合到水下机器人,达到类似鱼的游动-吸附-脱离。这项研究工作不但从生物力学角度揭示鱼的吸附机制,同时为未来的低功耗水下仿生软体机器人、水下吸附装置提供新思考。」文力教授说,基于生物体机制,这种机器人虽然吸附力可观,却不会破坏吸附表面。此项应用在军民领域都有良好前景,如国防科技、水下救援、海洋生态检测等方面,可发挥重要作用。

水下仿生机器人,彷彿是人类探索未知海洋领域的另一双手臂。由于水下机器人的工作区是在水中,所以市面产品也基本都採仿生技术设计。据了解,水下机器人由于具高效的推进性能、良好的隐身性能以及操纵性能,有广阔的应用前景。

民用方面,能应用于海洋环境研究、海洋资源探测及开发、海洋援潜救生等,也可以当成电子宠物或智慧玩具进入一般家庭。

军用方面,可用于战时侦察、收集情报、潜艇战与反潜战,同时也可以做为高性能的智慧化武器或武器平台,直接用于袭击和破坏敌军港口、水下侦察系统、舰船、海上运输线等。

除此之外,水下仿生机器人也是一种新兴的水下运载器,为机械、电子、材料、能源等硬体的研製及单关节机器鱼控制演算法、多关节机器鱼协调控制等软体的开发提供全新平台。