遨游吧，我的机器鱼中科院自动化所致力于仿生机器鱼的研究

在水里，生活着各种各样的鱼，有细细长长的鱼，也圆圆滚滚的鱼，有绚丽色彩的鱼，也有浑身漆黑的鱼……今天我们要介绍的，不是这些“真鱼”，而是仿生机器鱼。

中国科学院自动化研究所致力于仿生机器鱼的研究已经有多年的历史了，目前以水生生物为仿生对象搭建了多种仿生平台，比如仿生机器鱼、机器水母、机器海豚等等。

这在水池里游的就是自动化所的机器狗鱼，它是仿照北美狗鱼来设计的，“真身”如图1所示。图2是它的“解剖图”，从图上我们可以看到，鱼头是扁平的，这是为了降低游动过程中受到的阻力。

图1 仿生机器狗鱼样机

图2 仿生机器狗鱼机械图

鱼的体内包含4个舵机，采用4关节链式机构链接而成。当身体摆动时，与水相互作用，从而产生向前的推力，机器鱼就能轻松的畅游。机器鱼在身体两侧安装有两个灵活的胸鳍，通过胸鳍的配合实现上浮、下潜、横滚等高难度动作。

让我们来看看这条机器鱼都有什么本领吧！

可以“上下游动”

也可以“左右摆动”

还能上下左右自由游动

机器鱼的鱼皮是由两段乳胶制作的黑色蒙皮，将鱼身舒舒服服地包裹起来，能防水并且很好地保护了内部结构。但是，这样的设计限制了它的下潜能力。每下潜10米，就有1个标准大气压的压力作用在狗鱼身上，要是包裹不牢固，密封处就很容易开裂。

应该想出更好的办法来解决这个问题。因此，在后期科研人员设计仿生机器海豚的时候，就采用了聚甲醛工程塑料（POM）制成硬性“鱼皮”，这样就增强了耐压能力。通过耐压测试，新设计的仿生机器海豚可实现水下300米的抗压能力。

而且，仿生机器海豚以虎鲸为仿生对象，可以采用上下拍动的方式进行游动，它那胖胖的身躯为我们安放电子元器件提供了很好的空间。

灵感从何而来？“师法自然”

仿生机器鱼设计得如此逼真，游得如此惬意，真的是很厉害了，但是科学家为什么要设计这些仿生鱼呢？

我们知道，随着对海洋资源的开发与利用，大型船舶、无人水下航行器等相继推陈出新。然而，我们不难发现，这种以螺旋桨推进的航行器有很多的缺点，比如说，能量有效利用率低，有数据显示，主力船型船舶能量有效利用率仅为32%；机动性能差，一般船舶须以3-5倍体长的半径缓慢地转向；还有就是隐蔽性差，螺旋桨推进时产生很大的噪声，很容易被水下声呐探测到，暴露目标。

现在我们常说要“师法自然”，自然界是我们最好的老师，因此，科学家们到海洋中、到鱼类中去寻找解决问题的方法。

海洋中的鱼类进化出了超凡的运动能力，比如金枪鱼，一生中不停地持续高速游泳，它的时速为每小时30-50公里，能实现数千公里的长途巡游。鱼类机动灵活，可实现高速转向甚至原地转向，还有高达80%的推进效率。

这些特点为科学家们设计新型的水下航行器提供了很好的思路，仿生机器鱼也就应运而生。

水质监测、水下抓取、水下考古……仿生机器鱼能做的还会更多

仿生机器鱼小巧、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，可应用于水生生物的观察、水下抓取、水下考古等方面。

2016年9月，自动化所自主研发的面向水质检测的仿生机器海豚，在青海省玉树市禅古水库成功开展了野外水质检测实验，实时获取了三江源头的水质信息。这套面向水质监测的仿生机器海豚系统，具有监测效率高、监测范围广、对待测水域无污染等优点。

这项基于机器海豚的动态水质监测实验，不仅可为三江源水源保护提供数据基础，而且为动态自主水质监测提供了新的技术手段。

图3 面向水质检测的仿生机器海豚

人工智能的时代已经来临，仿生机器鱼与智能算法相互结合，未来必将展示出更加灵活、更加聪明的一面。海阔凭鱼跃，未来的海洋也会有仿生机器鱼的一席之地。

来源：中国科学院自动化研究所