新聞詳情
中國機器魚10年修煉成正果
http://www.whhswh.com 2008-01-08 10:15
2007年12月5日，由北京航空航天大學機器人研究所和中國科學院自動化所合作研究的仿生水下機器魚項目通過驗收和鑒定。宣告了我國第一條可用于實際應用的仿生機器魚已經正式研制成功。試驗演示表明，這種具有我國自主知識產權的仿生水下機器魚，穩定性強，行動靈活，自動導航控制，在水下考古、攝影、測繪、養殖、捕撈，以及水下小型運載等方面，具有廣泛的應用前景。
■機器魚研究跨度長達10年，主要靠尾巴來游動
在北京一處公共游泳池中，一條身長1.23米，通體色澤亮黑，外形逼真的機器魚在技術人員的指揮下，自由靈活地穿波逐浪，載沉載浮。如果不是機器魚頭部上方一個顯眼的白色圓頂GPS導航天線，人們很難相信在水中的僅僅是臺機器。
提起仿生機器魚，北京航空航天大學機器人研究所的梁建宏博士很是感慨。他表示，對仿生機器魚的科研從他大學本科開始，一直延續到博士畢業，時間跨度長達10年。
現在，展現在人們面前的仿生機器魚主要是由動力推進系統、圖像采集和圖像信號無線傳輸系統、計算機指揮控制平臺3部分組成的。梁博士表示，為了讓仿生機器魚在性能上能和真魚媲美，在北航機器人研究所所長王田苗教授的帶領下，他們反復試驗，嘗試各種新的材料制作仿生機器魚的外殼，以期減少阻力，提高速度。
這次宣告科研成功的仿生機器魚是以玻璃鋼和碳纖維為主要的制造材料，機器魚游動的最高時速可達1.5米/秒，能夠在水下連續工作20小時。
仿生機器魚靠什么方式來游動？梁博士介紹，機器魚唯一的動力來自尾巴。機器魚的尾巴以每秒兩三下的速度拍動，尾巴可以移到身體側面撥動，使得機器魚轉彎半徑小，就好像步行者轉彎比騎自行車的靈活。
由于，機器魚模仿的是魚或海豚的動作。魚和海豚尾巴的劃水動作看似簡單，其實需要專門的仿生學研究其軌跡。目前研制成功的這條尾巴，既不同于金槍魚等海魚尾巴的形狀，也不同于一般淡水魚的尾巴。梁博士介紹，這是在北航流體力學研究所孫茂教授、申功炘教授的指導下，通過5年的多次試驗，得到的一條最具優化的形狀，且劃動效率最高的魚尾巴。
■機器魚可以自動感應周圍的地理情況
梁博士介紹，“機器魚有時需要潛水，水下是收不到信號的?！彼?，機器魚配備了船形的浮標天線，用一根細細的導線連通。GPS信息由之傳給機器魚。關鍵時候，人們也可以通過天線向它下命令，比如讓它停機。
因為有一個浮標天線漂在水面，所以，機器魚潛游時，人們就能追蹤到大致位置，畢竟有一個白色的小浮標在。 機器魚肚子里放著十幾個黑色的電池，這種鋰化合物電池比鋰離子電池能量更強。雖然電壓不是很高，但十幾個電池串聯起來，功率大概兩三百瓦，足夠機器魚堅持20小時。機器魚里還留出很多空間，可以放科學儀器，也可以放鉛塊配重。
梁博士說，最早的機器魚，主要通過攝像頭捕捉魚體位置，及時反饋至與攝像頭設備相連的智能芯片，芯片連接在電腦上。當電腦通過無線通訊方式將運動指令發射到魚體天線時，魚體三節身子（三個電機）以不同方式運動，就構成了魚游動的靈活姿態。
當時的仿生機器魚雖然足夠靈巧，運動的自主性卻不太強，一旦失去電腦芯片的指揮，沒有攝像頭的視覺控制，就會亂了陣腳。而現在的機器魚解決了這個難題，那就是用尾巴推進，不再需要電腦的后臺控制，通過魚眼睛發射的紅外波，可以自動感應周圍的地理情況，及時移動，并能成功避開障礙物，甚至能根據運動指令，實現上升下潛等多種運動姿態。
■機器魚可以隨身攜帶攝像頭，以觀看海底實況
只有機器魚在大海里暢游時，人們才能感受它的魅力。梁建宏博士回憶道：在北戴河試驗時，一條機器魚游丟了。大家苦苦找了3天也沒有蹤影。兩個月后，有漁民報告，打撈上來一條機器魚，課題組去取機器魚，才發現它偷溜后，神不知鬼不覺地跑了很遠。
2004年8月，機器魚在福建東山島附近探測沉船，隨身攜帶攝像頭，以觀看海底實況。這是我國考古工作者首次利用機器魚輔助水下考古工作。仿生機器魚對鄭成功古戰艦遺址5000米的海域進行水下攝像考察。它在研究人員的操縱下，多次快速、靈活地接近目標，從不同角度進行拍攝錄像，并及時將水下沉船、銅火炮等圖像資料傳輸到地面圖像中心，供正在鄭成功古戰艦遺址現場進行水下考古的專家及工作人員下一步分析研究使用。
梁博士介紹，仿真機器魚在協助考古時，仍然像一條魚?；貙嶒炇液?，為了增加有效體積和減少阻力。他們又經過多項改進，把仿真機器魚增長變細，成現在的魚雷狀，這樣，它的航程一下子就提高了5倍多。
■太湖藍藻泛濫，機器魚大顯身手
去年，無錫藍藻泛濫，太湖北岸曾是一片稠綠。去年11月下旬，無錫岸邊水質依然渾濁，嚴測藍藻，獲得水域內水質的數據就顯得尤為重要了?？扇斯さ谋O測方法只能是一個點一個點地采集，無法實現連續的空間數據。這下仿生機器魚就大顯神威了，它在科研人員的控制下，攜帶適用于檢測藍藻危害的水質檢測儀，其實也就是將一個鋁制環套在機器魚腹部。這個圓筒狀的儀器即時分析水樣，再把信息無線發送給船上的人們。
仿生機器魚游弋太湖，必將所達之處的水質數據傳回控制臺，為這個時間段太湖的水質診斷提供第一手數據。機器魚不怕辛苦，最長時一次可以工作20小時，游60公里，相當于一口氣穿過大半個太湖。它膽子大，可以去人們不敢游的危險地帶。它認得路，人們把GPS路線圖輸入它的大腦，然后它就會一邊接收天上發來的GPS信息，一邊結合地圖，判斷應該向哪里行進。
梁建宏博士介紹，當時他們所有的工作人員都集中精神，跟蹤這個前方游動的“家伙”。它如同一條大魚隱沒于淺綠的湖水中，所過之處泛起波紋。
前不久的這次太湖試驗，航行時間更長，可靠性要求更高。機器魚一路被跟蹤，但它從頭到尾都不由人們干涉，自己認路自己游?！霸趲滋斓墓ぷ髦校律鷻C器魚沒有出現任何問題，為水下機器魚項目通過驗收和鑒定奠定了基礎。”梁博士坦言。
■機器魚研究跨度長達10年，主要靠尾巴來游動
在北京一處公共游泳池中，一條身長1.23米，通體色澤亮黑，外形逼真的機器魚在技術人員的指揮下，自由靈活地穿波逐浪，載沉載浮。如果不是機器魚頭部上方一個顯眼的白色圓頂GPS導航天線，人們很難相信在水中的僅僅是臺機器。
提起仿生機器魚，北京航空航天大學機器人研究所的梁建宏博士很是感慨。他表示，對仿生機器魚的科研從他大學本科開始，一直延續到博士畢業，時間跨度長達10年。
現在，展現在人們面前的仿生機器魚主要是由動力推進系統、圖像采集和圖像信號無線傳輸系統、計算機指揮控制平臺3部分組成的。梁博士表示，為了讓仿生機器魚在性能上能和真魚媲美，在北航機器人研究所所長王田苗教授的帶領下，他們反復試驗，嘗試各種新的材料制作仿生機器魚的外殼，以期減少阻力，提高速度。
這次宣告科研成功的仿生機器魚是以玻璃鋼和碳纖維為主要的制造材料，機器魚游動的最高時速可達1.5米/秒，能夠在水下連續工作20小時。
仿生機器魚靠什么方式來游動？梁博士介紹，機器魚唯一的動力來自尾巴。機器魚的尾巴以每秒兩三下的速度拍動，尾巴可以移到身體側面撥動，使得機器魚轉彎半徑小，就好像步行者轉彎比騎自行車的靈活。
由于，機器魚模仿的是魚或海豚的動作。魚和海豚尾巴的劃水動作看似簡單，其實需要專門的仿生學研究其軌跡。目前研制成功的這條尾巴，既不同于金槍魚等海魚尾巴的形狀，也不同于一般淡水魚的尾巴。梁博士介紹，這是在北航流體力學研究所孫茂教授、申功炘教授的指導下，通過5年的多次試驗，得到的一條最具優化的形狀，且劃動效率最高的魚尾巴。
■機器魚可以自動感應周圍的地理情況
梁博士介紹，“機器魚有時需要潛水，水下是收不到信號的?！彼?，機器魚配備了船形的浮標天線，用一根細細的導線連通。GPS信息由之傳給機器魚。關鍵時候，人們也可以通過天線向它下命令，比如讓它停機。
因為有一個浮標天線漂在水面，所以，機器魚潛游時，人們就能追蹤到大致位置，畢竟有一個白色的小浮標在。 機器魚肚子里放著十幾個黑色的電池，這種鋰化合物電池比鋰離子電池能量更強。雖然電壓不是很高，但十幾個電池串聯起來，功率大概兩三百瓦，足夠機器魚堅持20小時。機器魚里還留出很多空間，可以放科學儀器，也可以放鉛塊配重。
梁博士說，最早的機器魚，主要通過攝像頭捕捉魚體位置，及時反饋至與攝像頭設備相連的智能芯片，芯片連接在電腦上。當電腦通過無線通訊方式將運動指令發射到魚體天線時，魚體三節身子（三個電機）以不同方式運動，就構成了魚游動的靈活姿態。
當時的仿生機器魚雖然足夠靈巧，運動的自主性卻不太強，一旦失去電腦芯片的指揮，沒有攝像頭的視覺控制，就會亂了陣腳。而現在的機器魚解決了這個難題，那就是用尾巴推進，不再需要電腦的后臺控制，通過魚眼睛發射的紅外波，可以自動感應周圍的地理情況，及時移動，并能成功避開障礙物，甚至能根據運動指令，實現上升下潛等多種運動姿態。
■機器魚可以隨身攜帶攝像頭，以觀看海底實況
只有機器魚在大海里暢游時，人們才能感受它的魅力。梁建宏博士回憶道：在北戴河試驗時，一條機器魚游丟了。大家苦苦找了3天也沒有蹤影。兩個月后，有漁民報告，打撈上來一條機器魚，課題組去取機器魚，才發現它偷溜后，神不知鬼不覺地跑了很遠。
2004年8月，機器魚在福建東山島附近探測沉船，隨身攜帶攝像頭，以觀看海底實況。這是我國考古工作者首次利用機器魚輔助水下考古工作。仿生機器魚對鄭成功古戰艦遺址5000米的海域進行水下攝像考察。它在研究人員的操縱下，多次快速、靈活地接近目標，從不同角度進行拍攝錄像，并及時將水下沉船、銅火炮等圖像資料傳輸到地面圖像中心，供正在鄭成功古戰艦遺址現場進行水下考古的專家及工作人員下一步分析研究使用。
梁博士介紹，仿真機器魚在協助考古時，仍然像一條魚?；貙嶒炇液?，為了增加有效體積和減少阻力。他們又經過多項改進，把仿真機器魚增長變細，成現在的魚雷狀，這樣，它的航程一下子就提高了5倍多。
■太湖藍藻泛濫，機器魚大顯身手
去年，無錫藍藻泛濫，太湖北岸曾是一片稠綠。去年11月下旬，無錫岸邊水質依然渾濁，嚴測藍藻，獲得水域內水質的數據就顯得尤為重要了?？扇斯さ谋O測方法只能是一個點一個點地采集，無法實現連續的空間數據。這下仿生機器魚就大顯神威了，它在科研人員的控制下，攜帶適用于檢測藍藻危害的水質檢測儀，其實也就是將一個鋁制環套在機器魚腹部。這個圓筒狀的儀器即時分析水樣，再把信息無線發送給船上的人們。
仿生機器魚游弋太湖，必將所達之處的水質數據傳回控制臺，為這個時間段太湖的水質診斷提供第一手數據。機器魚不怕辛苦，最長時一次可以工作20小時，游60公里，相當于一口氣穿過大半個太湖。它膽子大，可以去人們不敢游的危險地帶。它認得路，人們把GPS路線圖輸入它的大腦，然后它就會一邊接收天上發來的GPS信息，一邊結合地圖，判斷應該向哪里行進。
梁建宏博士介紹，當時他們所有的工作人員都集中精神，跟蹤這個前方游動的“家伙”。它如同一條大魚隱沒于淺綠的湖水中，所過之處泛起波紋。
前不久的這次太湖試驗，航行時間更長，可靠性要求更高。機器魚一路被跟蹤，但它從頭到尾都不由人們干涉，自己認路自己游?！霸趲滋斓墓ぷ髦校律鷻C器魚沒有出現任何問題，為水下機器魚項目通過驗收和鑒定奠定了基礎。”梁博士坦言。
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