UVA工程团队和哈佛生物学家合作开发机器鱼Tunabot,能与黄鳍金枪鱼保持同步

仿生学对于机器人研发而言十分重要至关重要。具体到机器鱼,随着人类对鱼类运动方式的深入了解,虽然目前机器鱼在速度、灵活性等方面还无法比拟真正鱼类,但在其研发过程中能够为载人或无人的水下航行器提供更为迅速高效的推进系统的设计思路。

编译 / 刘俊寰 出品 / 公众号“大数据文摘”(ID:BigDataDigest)理论派经授权发布

日前,弗吉尼亚大学工程学院(University of Virginia School of Engineering)的机械工程师与哈佛大学生物学家George V. Lauder进行合作,就创造出了第一条机器鱼。

他们将这条命名为“Tunabot”的机器鱼与活体标本进行了比较,发现Tunabot拥有堪比黄鳍金枪鱼的速度和动作。 

“这展示出了生物学和机器鱼之间的惊人的相似性,不仅仅是在游泳方面,还有速度、尾拍频率和能量表现之间的关系,”UVA工程学院机械和航空航天工程系教授Bart-Smith说,“这让我们对自己的研究充满信心,它将帮助我们更好地理解生物游泳。”

机器人工作原理与生物数据的完美结合

无眼、无鳍的Tunabot大约10英寸长,在生物学上相当于7英尺。Tunabot的测试在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进行。

让Tunabot保持稳定的是一根钓鱼线,同时一束绿色激光穿过Tunabot的中线,激光测量Tunabot每扫一次装配好的尾巴所释放出的流体运动。随着水槽中水流加速,Tunabot的尾巴和整个身体迅速弯曲,就像黄鳍金枪鱼一样。

弗吉尼亚大学工程学院的研究人员与哈佛大学的生物学家合作,在哈佛大学的流量罐中测试 Tunabot。

9月18日,他们在《科学机器人》(Science Robotics)杂志上发表了一篇论文,题为《金枪鱼机器人: 探索游泳鱼类性能空间的高频实验平台》(Tuna Robotics: a high-frequency experimental platform exploring the performance space of swimming fishes)。

“现在大多数关于鱼类机器人的论文都没有太多生物学数据,这篇论文将机器人工作原理和生物数据结合在一起,因此这篇论文是独一无二的。” Lauder说。

终极目标是超越活体生物

Tunabot项目由美国海军研究办公室授予Bart-Smith的一项为期五年、耗资720万美元的多学科大学研究计划发起,由Hilary Bart-Smith领导,该项目旨在研究不同鱼类的快速游动,更好地理解鱼类进化的过程,从而为下一代水下机器人提供有价值的开发信息。

生物学和机器人学之间的关系是循环的。Lauder说, “我之所以认为这是这个领域中一个成功的研究项目,原因之一就是生物学家和机器人学家之间的互动”。这个分支中的发现会影响到另一个分支,这是一种不断推进科学和工程的教育反馈循环。

水下机器人还有其他一系列应用领域,如国防、海洋资源勘探、基础设施检查和娱乐等。然而,在仿生推进系统应用于公共和商业用途之前,研究人员必须能够更好地理解鱼类和其他生物是如何在水中移动的。

“我们并不认为生物已经进化到了最好状态,”Bart-Smith说,“鱼类用很长时间来进化得到一种方法使自身得以生存,尤其能够进食、繁殖和不被吃掉。但我们没有这些需求的束缚,就可以专注于提高性能、速度和效率的机制和特性,我们的最终目标是超越生物学。怎么才能造出一种看起来像生物却游得比你在海里看到的任何东西都快的东西呢? ”

相关报道:
https://engineering.virginia.edu/news/2019/09/new-paper-published-science-robotics-uva-engineering-led-team-unveils-%E2%80%9Ctunabot%E2%80%9D-first
https://www.sciencedaily.com/releases/2019/09/190918161637.htm

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