中國機器魚10年修煉成正果
http://kadhoai.com.cn 2026-04-26 19:37:17
2007年12月5日(ri),由(you)北(bei)京(jing)航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)大(da)學(xue)機(ji)器(qi)人(ren)研(yan)究(jiu)所(suo)和(he)中(zhong)國(guo)科(ke)學(xue)院(yuan)自(zi)動(dong)化(hua)所(suo)合(he)作(zuo)研(yan)究(jiu)的(de)仿(fang)生(sheng)水(shui)下(xia)機(ji)器(qi)魚(yu)項(xiang)目(mu)通(tong)過(guo)驗(yan)收(shou)和(he)鑒(jian)定(ding)。宣(xuan)告(gao)了(le)我(wo)國(guo)第(di)一(yi)條(tiao)可(ke)用(yong)於(yu)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)的(de)仿(fang)生(sheng)機(ji)器(qi)魚(yu)已(yi)經(jing)正(zheng)式(shi)研(yan)製(zhi)成(cheng)功(gong)。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,自動導航控製,在水下考古、攝影、測繪、養殖、捕撈,以及水下小型運載等方麵,具有廣泛的應用前景。
■機器魚研究跨度長達10年,主要靠尾巴來遊動
在北京一處公共遊泳池中,一條身長1.23米mi,通tong體ti色se澤ze亮liang黑hei,外wai形xing逼bi真zhen的de機ji器qi魚yu在zai技ji術shu人ren員yuan的de指zhi揮hui下xia,自zi由you靈ling活huo地di穿chuan波bo逐zhu浪lang,載zai沉chen載zai浮fu。如ru果guo不bu是shi機ji器qi魚yu頭tou部bu上shang方fang一yi個ge顯xian眼yan的de白bai色se圓yuan頂dingGPS導航天線,人們很難相信在水中的僅僅是台機器。
tiqifangshengjiqiyu,beijinghangkonghangtiandaxuejiqirenyanjiusuodeliangjianhongboshihenshigankai。tabiaoshi,duifangshengjiqiyudekeyancongtadaxuebenkekaishi,yizhiyanxudaoboshibiye,shijiankuaduchangda10年。
現在,展現在人們麵前的仿生機器魚主要是由動力推進係統、圖像采集和圖像信號無線傳輸係統、計算機指揮控製平台3部(bu)分(fen)組(zu)成(cheng)的(de)。梁(liang)博(bo)士(shi)表(biao)示(shi),為(wei)了(le)讓(rang)仿(fang)生(sheng)機(ji)器(qi)魚(yu)在(zai)性(xing)能(neng)上(shang)能(neng)和(he)真(zhen)魚(yu)媲(pi)美(mei),在(zai)北(bei)航(hang)機(ji)器(qi)人(ren)研(yan)究(jiu)所(suo)所(suo)長(chang)王(wang)田(tian)苗(miao)教(jiao)授(shou)的(de)帶(dai)領(ling)下(xia),他(ta)們(men)反(fan)複(fu)試(shi)驗(yan),嚐(chang)試(shi)各(ge)種(zhong)新(xin)的(de)材(cai)料(liao)製(zhi)作(zuo)仿(fang)生(sheng)機(ji)器(qi)魚(yu)的(de)外(wai)殼(ke),以(yi)期(qi)減(jian)少(shao)阻(zu)力(li),提(ti)高(gao)速(su)度(du)。
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製造材料,機器魚遊動的最高時速可達1.5米/秒,能夠在水下連續工作20小時。
fangshengjiqiyukaoshenmefangshilaiyoudong?liangboshijieshao,jiqiyuweiyidedonglilaiziweiba。jiqiyudeweibayimeimiaoliangsanxiadesudupaidong,weibakeyiyidaoshenticemianbodong,shidejiqiyuzhuanwanbanjingxiao,jiuhaoxiangbuxingzhezhuanwanbiqizixingchedelinghuo。
youyu,jiqiyumofangdeshiyuhuohaitundedongzuo。yuhehaitunweibadehuashuidongzuokansijiandan,qishixuyaozhuanmendefangshengxueyanjiuqiguiji。muqianyanzhichenggongdezhetiaoweiba,jibutongyujinqiangyudenghaiyuweibadexingzhuang,yebutongyuyibandanshuiyudeweiba。liangboshijieshao,zheshizaibeihangliutilixueyanjiusuosunmaojiaoshou、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。”所以,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麵,所以,機器魚潛遊時,人們就能追蹤到大致位置,畢竟有一個白色的小浮標在。 機(ji)器(qi)魚(yu)肚(du)子(zi)裏(li)放(fang)著(zhe)十(shi)幾(ji)個(ge)黑(hei)色(se)的(de)電(dian)池(chi),這(zhe)種(zhong)鋰(li)化(hua)合(he)物(wu)電(dian)池(chi)比(bi)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)能(neng)量(liang)更(geng)強(qiang)。雖(sui)然(ran)電(dian)壓(ya)不(bu)是(shi)很(hen)高(gao),但(dan)十(shi)幾(ji)個(ge)電(dian)池(chi)串(chuan)聯(lian)起(qi)來(lai),功(gong)率(lv)大(da)概(gai)兩(liang)三(san)百(bai)瓦(wa),足(zu)夠(gou)機(ji)器(qi)魚(yu)堅(jian)持(chi)20小時。機器魚裏還留出很多空間,可以放科學儀器,也可以放鉛塊配重。
梁liang博bo士shi說shuo,最zui早zao的de機ji器qi魚yu,主zhu要yao通tong過guo攝she像xiang頭tou捕bu捉zhuo魚yu體ti位wei置zhi,及ji時shi反fan饋kui至zhi與yu攝she像xiang頭tou設she備bei相xiang連lian的de智zhi能neng芯xin片pian,芯xin片pian連lian接jie在zai電dian腦nao上shang。當dang電dian腦nao通tong過guo無wu線xian通tong訊xun方fang式shi將jiang運yun動dong指zhi令ling發fa射she到dao魚yu體ti天tian線xian時shi,魚yu體ti三san節jie身shen子zi(三個電機)以不同方式運動,就構成了魚遊動的靈活姿態。
當(dang)時(shi)的(de)仿(fang)生(sheng)機(ji)器(qi)魚(yu)雖(sui)然(ran)足(zu)夠(gou)靈(ling)巧(qiao),運(yun)動(dong)的(de)自(zi)主(zhu)性(xing)卻(que)不(bu)太(tai)強(qiang),一(yi)旦(dan)失(shi)去(qu)電(dian)腦(nao)芯(xin)片(pian)的(de)指(zhi)揮(hui),沒(mei)有(you)攝(she)像(xiang)頭(tou)的(de)視(shi)覺(jiao)控(kong)製(zhi),就(jiu)會(hui)亂(luan)了(le)陣(zhen)腳(jiao)。而(er)現(xian)在(zai)的(de)機(ji)器(qi)魚(yu)解(jie)決(jue)了(le)這(zhe)個(ge)難(nan)題(ti),那(na)就(jiu)是(shi)用(yong)尾(wei)巴(ba)推(tui)進(jin),不(bu)再(zai)需(xu)要(yao)電(dian)腦(nao)的(de)後(hou)台(tai)控(kong)製(zhi),通(tong)過(guo)魚(yu)眼(yan)睛(jing)發(fa)射(she)的(de)紅(hong)外(wai)波(bo),可(ke)以(yi)自(zi)動(dong)感(gan)應(ying)周(zhou)圍(wei)的(de)地(di)理(li)情(qing)況(kuang),及(ji)時(shi)移(yi)動(dong),並(bing)能(neng)成(cheng)功(gong)避(bi)開(kai)障(zhang)礙(ai)物(wu),甚(shen)至(zhi)能(neng)根(gen)據(ju)運(yun)動(dong)指(zhi)令(ling),實(shi)現(xian)上(shang)升(sheng)下(xia)潛(qian)等(deng)多(duo)種(zhong)運(yun)動(dong)姿(zi)態(tai)。
■機器魚可以隨身攜帶攝像頭,以觀看海底實況
隻有機器魚在大海裏暢遊時,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,一條機器魚遊丟了。大家苦苦找了3天也沒有蹤影。兩個月後,有漁民報告,打撈上來一條機器魚,課題組去取機器魚,才發現它偷溜後,神不知鬼不覺地跑了很遠。
2004年8yue,jiqiyuzaifujiandongshandaofujintancechenchuan,suishenxiedaishexiangtou,yiguankanhaidishikuang。zheshiwoguokaogugongzuozheshouciliyongjiqiyufuzhushuixiakaogugongzuo。fangshengjiqiyuduizhengchenggongguzhanjianyizhi5000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,並及時將水下沉船、銅火炮等圖像資料傳輸到地麵圖像中心,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(liang)博(bo)士(shi)介(jie)紹(shao),仿(fang)真(zhen)機(ji)器(qi)魚(yu)在(zai)協(xie)助(zhu)考(kao)古(gu)時(shi),仍(reng)然(ran)像(xiang)一(yi)條(tiao)魚(yu)。回(hui)實(shi)驗(yan)室(shi)後(hou),為(wei)了(le)增(zeng)加(jia)有(you)效(xiao)體(ti)積(ji)和(he)減(jian)少(shao)阻(zu)力(li)。他(ta)們(men)又(you)經(jing)過(guo)多(duo)項(xiang)改(gai)進(jin),把(ba)仿(fang)真(zhen)機(ji)器(qi)魚(yu)增(zeng)長(chang)變(bian)細(xi),成(cheng)現(xian)在(zai)的(de)魚(yu)雷(lei)狀(zhuang),這(zhe)樣(yang),它(ta)的(de)航(hang)程(cheng)一(yi)下(xia)子(zi)就(jiu)提(ti)高(gao)了(le)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(yue)下(xia)旬(xun),無(wu)錫(xi)岸(an)邊(bian)水(shui)質(zhi)依(yi)然(ran)渾(hun)濁(zhuo),嚴(yan)測(ce)藍(lan)藻(zao),獲(huo)得(de)水(shui)域(yu)內(nei)水(shui)質(zhi)的(de)數(shu)據(ju)就(jiu)顯(xian)得(de)尤(you)為(wei)重(zhong)要(yao)了(le)。可(ke)人(ren)工(gong)的(de)監(jian)測(ce)方(fang)法(fa)隻(zhi)能(neng)是(shi)一(yi)個(ge)點(dian)一(yi)個(ge)點(dian)地(di)采(cai)集(ji),無(wu)法(fa)實(shi)現(xian)連(lian)續(xu)的(de)空(kong)間(jian)數(shu)據(ju)。這(zhe)下(xia)仿(fang)生(sheng)機(ji)器(qi)魚(yu)就(jiu)大(da)顯(xian)神(shen)威(wei)了(le),它(ta)在(zai)科(ke)研(yan)人(ren)員(yuan)的(de)控(kong)製(zhi)下(xia),攜(xie)帶(dai)適(shi)用(yong)於(yu)檢(jian)測(ce)藍(lan)藻(zao)危(wei)害(hai)的(de)水(shui)質(zhi)檢(jian)測(ce)儀(yi),其(qi)實(shi)也(ye)就(jiu)是(shi)將(jiang)一(yi)個(ge)鋁(lv)製(zhi)環(huan)套(tao)在(zai)機(ji)器(qi)魚(yu)腹(fu)部(bu)。這(zhe)個(ge)圓(yuan)筒(tong)狀(zhuang)的(de)儀(yi)器(qi)即(ji)時(shi)分(fen)析(xi)水(shui)樣(yang),再(zai)把(ba)信(xin)息(xi)無(wu)線(xian)發(fa)送(song)給(gei)船(chuan)上(shang)的(de)人(ren)們(men)。
fangshengjiqiyuyouyitaihu,bijiangsuodazhichudeshuizhishujuchuanhuikongzhitai,weizhegeshijianduantaihudeshuizhizhenduantigongdiyishoushuju。jiqiyubupaxinku,zuichangshiyicikeyigongzuo20小時,遊60公裏,相當於一口氣穿過大半個太湖。它膽子大,可以去人們不敢遊的危險地帶。它認得路,人們把GPS路線圖輸入它的大腦,然後它就會一邊接收天上發來的GPS信息,一邊結合地圖,判斷應該向哪裏行進。
梁建宏博士介紹,當時他們所有的工作人員都集中精神,跟蹤這個前方遊動的“家夥”。它如同一條大魚隱沒於淺綠的湖水中,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幹涉,自己認路自己遊。“在幾天的工作中,仿生機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。