MIT研發(fā)軟體機(jī)器魚，消無聲息游動(dòng)在真魚身旁

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關(guān)鍵信息：MIT發(fā)布了一款名為“SoFi”的軟體機(jī)器人魚，它可以在海洋中與真正的魚一起獨(dú)立游動(dòng)。打破傳統(tǒng)的無人駕駛潛水器拴在穿上或由螺旋槳驅(qū)動(dòng)，SoFi只用攝像頭、馬達(dá)和鋰電池便可輕裝上陣，能夠與海洋生物進(jìn)行密切的觀察和互動(dòng)，而且似乎不會(huì)打擾到真正的魚。

關(guān)鍵數(shù)據(jù)：SoFi在50英尺深的海洋中游泳，一次長(zhǎng)達(dá)40分鐘，且速度可控。

關(guān)鍵意義：這是首款可以長(zhǎng)時(shí)間在三維空間中游泳的機(jī)器魚，它可以更好地被海洋生物接受，已經(jīng)得到了國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的支持。

近期，科學(xué)家們發(fā)布了一段罕見的北極最難以捉摸的鯊魚的片段，這些發(fā)現(xiàn)表明，即使近年來取得了許多技術(shù)進(jìn)步，但要將海洋生物的生命完整記錄下來，仍然是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。但麻省理工學(xué)院的計(jì)算機(jī)科學(xué)家認(rèn)為，他們有一個(gè)解決方案：使用機(jī)器人。

來自麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室（CSAIL）的一個(gè)團(tuán)隊(duì)發(fā)布了一款名為“SoFi”的軟體機(jī)器人魚，它可以在海洋中與真正的魚一起獨(dú)立游動(dòng)。

在斐濟(jì)彩虹礁的測(cè)試潛水中，SoFi在50英尺深的海洋中游泳，一次長(zhǎng)達(dá)40分鐘，可以靈活地處理水流，并使用車載攝像頭拍攝高分辨率的照片和視頻。

SoFi利用它起伏的尾巴和獨(dú)特的能力來控制自己的浮力，SoFi可以在直線游泳、轉(zhuǎn)彎以及上下游動(dòng)。該團(tuán)隊(duì)還使用了防水的超級(jí)任天堂控制器，開發(fā)了一套自定義的聲學(xué)通信系統(tǒng)，使他們能夠改變SoFi的運(yùn)動(dòng)速度，并使其進(jìn)行特定的移動(dòng)和轉(zhuǎn)彎。

“據(jù)我們所知，這是首款可以長(zhǎng)時(shí)間在三維空間中游泳的機(jī)器魚，”CSAIL博士生Katzschmann說，他是這篇發(fā)表在《科學(xué)·機(jī)器人》雜志上文章的第一作者，“我們很高興能夠利用這樣的系統(tǒng)來接近海洋生物，而不是靠人類自己去做?！?/p>

目前，用來觀測(cè)海洋生物的無人駕駛潛水器（AUVs）一般被拴在船上，或者由笨重而昂貴的螺旋槳驅(qū)動(dòng)。相比之下，SoFi有更簡(jiǎn)單、更輕量的設(shè)置，一個(gè)攝像頭、一個(gè)馬達(dá)，以及在智能手機(jī)中使用的鋰聚合物電池。

為了讓機(jī)器人游泳，馬達(dá)將水泵入魚尾的兩個(gè)氣球狀的腔內(nèi)，就像發(fā)動(dòng)機(jī)里的一組活塞一樣。當(dāng)一個(gè)腔室擴(kuò)張時(shí)，它會(huì)使魚彎曲到一邊;當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將水推到另一個(gè)通道時(shí)，它就會(huì)彎曲并向另一個(gè)方向，這些交替的動(dòng)作模仿了真實(shí)的魚的動(dòng)作。通過改變它的流動(dòng)模式，液壓系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)不同的尾部機(jī)動(dòng)，從而產(chǎn)生一系列的游泳速度，平均速度大約是每秒0.5個(gè)身體長(zhǎng)度。

“作者展示了許多在制造、動(dòng)力和水阻力方面的技術(shù)成就，使機(jī)器人能夠在沒有系繩的情況下在水下移動(dòng)，”意大利生物機(jī)器人教授Cecilia Laschi說，“像這樣的機(jī)器人可以比現(xiàn)在的機(jī)器人更接近于探索暗礁，因?yàn)樗梢员缓Ｑ笪锓N更好地接受。”

整個(gè)后半條魚是由硅橡膠和柔性塑料制成的，頭等部件是3D打印的，為了減少水進(jìn)入到機(jī)器中的可能性，研究小組用少量的嬰兒油填充頭部，因?yàn)檫@是一種不會(huì)從潛水時(shí)的壓力變化中壓縮的液體。

事實(shí)上，該團(tuán)隊(duì)最大的挑戰(zhàn)之一是讓SoFi在不同的深度游泳。這款機(jī)器人的側(cè)面有兩個(gè)鰭，可以調(diào)節(jié)魚的上下游動(dòng)。為了垂直調(diào)整它的位置，機(jī)器人有一個(gè)可調(diào)節(jié)的重量艙和一個(gè)“浮力控制單元”，可以通過壓縮和減壓來改變它的密度。

Katzschmann說，開發(fā)SoFi的目標(biāo)是，盡可能在環(huán)境中不干擾海洋生物進(jìn)行工作?！斑@個(gè)機(jī)器人能夠與海洋生物進(jìn)行密切的觀察和互動(dòng)，而且似乎不會(huì)打擾到真正的魚”。

在許多方面，軟機(jī)器人比剛性機(jī)器人更容易控制，因?yàn)檠芯咳藛T不必太擔(dān)心必須避免碰撞?！氨苊馀鲎餐鶗?huì)導(dǎo)致效率低下，因?yàn)闄C(jī)器人必須適應(yīng)無碰撞的軌跡，”麻省理工學(xué)院電子工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授Rus說，“相比之下，一個(gè)軟機(jī)器人不僅更有可能在碰撞中幸存下來，而且可以利用它作為信息，在下次的時(shí)候提供一個(gè)更有效的運(yùn)動(dòng)計(jì)劃?！?/p>

下一步，團(tuán)隊(duì)將在SoFi上進(jìn)行一些改進(jìn)。Katzschmann計(jì)劃通過改進(jìn)泵系統(tǒng)和調(diào)整其身體和尾巴的設(shè)計(jì)來增加魚的速度；他們還計(jì)劃盡快使用機(jī)載相機(jī)，使SoFi能夠自動(dòng)跟蹤真正的魚，并為生物學(xué)家建立額外的軟環(huán)境，以研究魚類如何應(yīng)對(duì)環(huán)境中的不同變化。

“我們認(rèn)為SoFi是發(fā)展幾乎一個(gè)水下天文臺(tái)的第一步，它有潛力成為海洋探索的一種新型工具，并為揭示海洋生物的奧秘開辟了新的途徑”。

目前這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)得到了國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的支持。

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