MIT研发软体机器鱼,消无声息游动在真鱼身旁

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关键信息:MIT发布了一款名为“SoFi”的软体机器人鱼,它可以在海洋中与真正的鱼一起独立游动。打破传统的无人驾驶潜水器拴在穿上或由螺旋桨驱动,SoFi只用摄像头、马达和锂电池便可轻装上阵,能够与海洋生物进行密切的观察和互动,而且似乎不会打扰到真正的鱼。

关键数据:SoFi在50英尺深的海洋中游泳,一次长达40分钟,且速度可控。

关键意义:这是首款可以长时间在三维空间中游泳的机器鱼,它可以更好地被海洋生物接受,已经得到了国家科学基金会的支持

近期,科学家们发布了一段罕见的北极最难以捉摸的鲨鱼的片段,这些发现表明,即使近年来取得了许多技术进步,但要将海洋生物的生命完整记录下来,仍然是一项具有挑战性的任务。但麻省理工学院的计算机科学家认为,他们有一个解决方案:使用机器人

来自麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的一个团队发布了一款名为“SoFi”的软体机器人鱼,它可以在海洋中与真正的鱼一起独立游动。

在斐济彩虹礁的测试潜水中,SoFi在50英尺深的海洋中游泳,一次长达40分钟,可以灵活地处理水流,并使用车载摄像头拍摄高分辨率的照片和视频

SoFi利用它起伏的尾巴和独特的能力来控制自己的浮力,SoFi可以在直线游泳、转弯以及上下游动。该团队还使用了防水的超级任天堂控制器,开发了一套自定义的声学通信系统,使他们能够改变SoFi的运动速度,并使其进行特定的移动和转弯。

“据我们所知,这是首款可以长时间在三维空间中游泳的机器鱼,”CSAIL博士生Katzschmann说,他是这篇发表在《科学·机器人》杂志上文章的第一作者,“我们很高兴能够利用这样的系统来接近海洋生物,而不是靠人类自己去做。”

目前,用来观测海洋生物的无人驾驶潜水器(AUVs)一般被拴在船上,或者由笨重而昂贵的螺旋桨驱动。相比之下,SoFi有更简单、更轻量的设置,一个摄像头、一个马达,以及在智能手机中使用的锂聚合物电池

为了让机器人游泳,马达将水泵入鱼尾的两个气球状的腔内,就像发动机里的一组活塞一样。当一个腔室扩张时,它会使鱼弯曲到一边;当执行机构将水推到另一个通道时,它就会弯曲并向另一个方向,这些交替的动作模仿了真实的鱼的动作。通过改变它的流动模式,液压系统可以实现不同的尾部机动,从而产生一系列的游泳速度,平均速度大约是每秒0.5个身体长度

“作者展示了许多在制造、动力和水阻力方面的技术成就,使机器人能够在没有系绳的情况下在水下移动,”意大利生物机器人教授Cecilia Laschi说,“像这样的机器人可以比现在的机器人更接近于探索暗礁,因为它可以被海洋物种更好地接受。

整个后半条鱼是由硅橡胶和柔性塑料制成的,头等部件是3D打印的,为了减少水进入到机器中的可能性,研究小组用少量的婴儿油填充头部,因为这是一种不会从潜水时的压力变化中压缩的液体。

事实上,该团队最大的挑战之一是让SoFi在不同的深度游泳。这款机器人的侧面有两个鳍,可以调节鱼的上下游动。为了垂直调整它的位置,机器人有一个可调节的重量舱和一个“浮力控制单元”,可以通过压缩和减压来改变它的密度。

Katzschmann说,开发SoFi的目标是,尽可能在环境中不干扰海洋生物进行工作。“这个机器人能够与海洋生物进行密切的观察和互动,而且似乎不会打扰到真正的鱼”。

在许多方面,软机器人比刚性机器人更容易控制,因为研究人员不必太担心必须避免碰撞。“避免碰撞往往会导致效率低下,因为机器人必须适应无碰撞的轨迹,”麻省理工学院电子工程和计算机科学教授Rus说,“相比之下,一个软机器人不仅更有可能在碰撞中幸存下来,而且可以利用它作为信息,在下次的时候提供一个更有效的运动计划。”

下一步,团队将在SoFi上进行一些改进。Katzschmann计划通过改进泵系统和调整其身体和尾巴的设计来增加鱼的速度;他们还计划尽快使用机载相机,使SoFi能够自动跟踪真正的鱼,并为生物学家建立额外的软环境,以研究鱼类如何应对环境中的不同变化。

“我们认为SoFi是发展几乎一个水下天文台的第一步,它有潜力成为海洋探索的一种新型工具,并为揭示海洋生物的奥秘开辟了新的途径”。

目前这个项目已经得到了国家科学基金会的支持。

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