中国机器鱼已经培育了10年

   2022-08-30 工业品商城92
核心提示:在北京的一个公共游泳池里,一条身长1.23米、体色亮黑、形象逼真的机器鱼,在技术人员的指挥下,自由灵活地在海浪中驰骋,负重、浮载。如果不是机器鱼头顶上一个显眼的白色圆顶GPS导航天线,很难相信它只是水中的一台机器。谈到仿生机器鱼,来自北京航空航天大学机器人研究所的梁博士感慨万千。他说,仿生机器鱼的科研从他

在北京的一个公共游泳池里,一条身长1.23米、体色亮黑、形象逼真的机器鱼,在技术人员的指挥下,自由灵活地在海浪中驰骋,负重、浮载。如果不是机器鱼头顶上一个显眼的白色圆顶GPS导航天线,很难相信它只是水中的一台机器。

谈到仿生机器鱼,来自北京航空航天大学机器人研究所的梁博士感慨万千。他说,仿生机器鱼的科研从他本科开始,一直持续到博士毕业,历时10年。

现在,展现在人们面前的仿生机器鱼主要由三部分组成:动力推进系统、图像信号的图像采集和无线传输系统、计算机指挥控制平台。梁博士说,为了让仿生机器鱼在性能上与真鱼媲美,在北航机器人研究所所长王教授的带领下,他们进行了反复实验,尝试了各种新材料来制作仿生机器鱼的外壳,以减少阻力,提高速度。

这项科研中宣布成功的仿生机器鱼是由玻璃钢和碳纤维制成的。机器鱼最大游泳速度可达1.5米/秒,可在水下连续工作20小时。

仿生机器鱼如何游泳?梁博士介绍,机器鱼唯一的动力来自尾巴。机器鱼的尾巴以每秒两三次的速度跳动,尾巴可以移动到身体的侧面,这样机器鱼的转弯半径小,就像学步车转弯比骑自行车灵活一样。

因为机器鱼模仿鱼或海豚的动作。鱼和海豚尾巴的划水动作看似简单,其实需要专门的仿生学来研究它的运动轨迹。目前研制成功的尾巴不仅不同于金枪鱼等海洋鱼类的尾巴形状,也不同于一般淡水鱼的尾巴。据梁博士介绍,在北航流体力学研究所孙茂教授和沈教授的指导下,经过5年的反复实验,获得了形状最优、划水效率最高的鱼尾。

梁博士介绍,“机器鱼有时候需要下潜,在水下是收不到信号的。”因此,机器鱼配备了一个船形浮标天线,由一根细线连接。GPS信息被传送给机器鱼。在关键时刻,人们还可以通过天线向它发出命令,比如让它停下来。

因为水面上漂浮着浮标天线,所以机器鱼游动时,人们可以追踪到大概的位置。毕竟有一个小白浮标。机器人肚子里有十几块黑色电池。这种锂化合物电池比锂离子电池更强大。虽然电压不是很高,但是十几块电池串联起来,功率大概两三百瓦,足够机器鱼坚持20个小时。鱼体内也有很大的空间,可以放置科学仪器和铅坠。

梁博士说,最早的机器鱼主要是通过摄像头捕捉鱼的身体位置,并及时反馈给连接在摄像装置上的智能芯片,智能芯片与电脑相连。当计算机通过无线通讯将运动指令传输到鱼的天线时,鱼的三节(三个电机)以不同的方式运动,构成了鱼游动的灵活姿态。

当时的仿生机器鱼虽然足够灵巧,但运动自主性不强。一旦它失去了计算机芯片的指挥,没有了对摄像头的视觉控制,它就会失去自己的位置。现在机器鱼解决了这个问题,就是用尾巴推进,不再需要计算机的后台控制。通过鱼眼睛发出的红外波,它可以自动感知周围的地理情况,及时移动,成功避开障碍物,甚至可以根据动作指令实现上升、下潜等各种动作。

只有当机器鱼在海里游泳时,人们才能感受到它的魅力。梁博士回忆说:在北戴河的实验中,一条机器鱼走失了。大家苦苦寻找了三天,还是没有任何迹象。两个月后,一位渔民报告说钓到了一条机器鱼,研究小组去取机器鱼,却发现它已经神不知鬼不觉地走了很远。

机器鱼在福建东山岛附近探测到沉船,并随身携带相机观看海底虚实。这是中国考古学家首次使用机器鱼协助水下考古工作。仿生机器鱼对郑成功古战舰遗址5000米的海域进行了水下摄像勘测。在科研人员的控制下,它多次快速灵活地接近目标,从不同角度进行拍摄和记录,并将水下沉船、铜炮等图像数据及时传输到地面图像中心,供正在郑成功古船遗址进行水下考古的专家和工作人员进一步分析研究。

梁博士介绍,模拟的机器鱼在辅助考古时还是像鱼一样的。回到实验室后,为了增加有效容积,减少阻力。经过多项改进,他们让模拟机器鱼长得更细,变成了现在的鱼雷形状,使其射程一下子增加了5倍多。

去年蓝藻泛滥无锡,太湖北岸一度一片浓绿。去年11月下旬,无锡岸的水质还比较浑浊,所以严格测量蓝藻,获取水域水质的数据就显得尤为重要。人工监测方法只能逐点采集数据,无法实现连续的空间数据。在科研人员的控制下,这条仿生机器鱼携带了一个适合检测蓝藻危害的水质检测仪。事实上,一个铝环被放在机器鱼的腹部。这种圆柱形仪器实时分析水样,然后将信息无线发送给船上的人。

在太湖周围游动的仿生机器鱼必将把水质数据传回控制台,为这一时期的太湖水质诊断提供第一手数据。鱼不怕辛苦。一次可以工作20小时,游泳60公里,相当于一口气横渡大半个太湖。去那些人们不敢游泳的危险区域,真是够大胆的。它认路,人把GPS线路图输入它的大脑,然后它会接收天上的GPS信息,结合地图判断它应该去哪里。

 
 
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