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天上有无人机,地上有无人车,水中有机器鱼?

2194    2019-01-07


图 / 真相君

机器鱼,顾名思义,制作外形像鱼的机器。随着陆地资源的逐渐枯竭,人们大规模地探索和开发海洋资源,鱼类在水中具有非凡的运动能力,其运动的高速性和高效性是早期仿生机器鱼研究重点关注的问题。


但水下环境较陆面复杂,诸如水深压强、线路绝缘与防漏、低能见度环境识别等问题均需考虑,功能各有着重的仿生机器人层出不穷。如配备有化学传感器的自主机器鱼,能够在水中漫游数小时,用于发现污染物质,并绘制港口的实时三维图,从而表明当前海水中存在什么化学物质以及位于什么地方。这项技术的开发将增加港口管理部分监视船舶污染、其他类型有害污染物和来自水下管道排放污染物质的灵活性和适应性,还能促进机器人技术、化学分析分析、水下通讯和机器人智能的进步。

图/翻摄自josys

机器鱼的基本结构分为三部分:头部(包含鱼鳍),身体,尾部。鱼鳍只控制鱼的向前漫游动,而身体是鱼的主要部分,控制电路及电机和相关驱动电路都在其中;尾部可以分为两部分,都是进行左右摆动,这两部分都是通过电机控制的连杆来操控的。


在鱼头部分装有两个鱼须,它代表两个简易的接近传感器,鱼须外覆橡胶套进行绝缘,以防止水导电。另外,整个鱼密封设计,利用高弹性的橡胶制作鱼的外皮。电源部分能够自动感知电源的不足,及时报警,由于采取外部密封,所以必须使电源能够充电而不必经常更换电池,只需在鱼体上加上外接电源插头就可以了。

图 / 《中国测试》

机器鱼唯一的动力来自尾巴,这片尾巴,由后部伸出的一只机械臂带动。机械臂由大臂和小臂组成,位置有点像尺骨与桡骨。它们分别接到两只电机上,做不同运动。尽管构造简单,合起来就可能构成复杂的动作。可以想象一只拿着扇子的手——肘关节也可以扭动,腕关节也可以扭动。机器鱼模仿的是鱼或海豚的动作,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研究其轨迹,得出相应的算法,好指挥机械尾巴运动,做到尽量平滑。


机器鱼无论是靠身体摆动还是鱼鳍摆动,都需要人为控制。这个控制部分代表鱼形机器人的大脑和核心。采取无线控制,可以把控制器如单片机放在机器鱼内部,同时通过遥控器对单片机进行简单控制。无线电发射台传输正确信号,机器鱼内部有一个无线接受装置,接受到信号以后,向各个子系统发出控制信号,所以机器鱼能按规定的指令执行动作。


机器鱼装置有自主导航装置,不需实时控制便在港口周围漫游动。在电池电量变低时,它们会自动漫游回充电站充电,在漫游回的时候,会同时将水质数据通过无线局域网传送给研究人员。如果稳定性良好,机器鱼就可用来监测世界各地河流、湖泊和海洋的污染。它们会一直对污染物进行监视。当某一条鱼发现某种物质后,会向其他同伴发送信息,然后它们会聚集在发现物质的区域来共同探测。

图 / 翻摄自cheapohippo

机器鱼可以用很小的能量进行长距离漫游动,因此更适合在长时间无能源弥补及远距离条件下执行任务。机器鱼小巧、灵活,更适合在狭窄、复杂和动态的水下环境中进行监测、搜索、勘探、救援等作业,将应用于水生生物的观察、水下抓取、水下考古等方面。

中科院自动化所研制的机器鱼

在人工智能技术飞速发展的今天,仿生机器鱼必会与智能算法结合,它更加灵活、聪明的一面将会展现在大家眼前。



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