机器鱼、机器水母、机器海豚 ……快拿我的精灵

在悠远的南太平洋，斐济海域，

一条通体雪白的鱼正在水中游弋，

摇着尾鳍穿过珊瑚礁，

上下浮动，左右摇晃，

它看上去和四周的同类并没有什么不同，

而在不远处，

潜水员手中的任地狱手柄

暴露了它的异乎寻常

这条在水中自在游走的鱼，正是近日自麻省理工学院计算机迷信与人工智能实验室对外发布的机器鱼SoFi……

机械鱼SoFi没有血肉和骨架，经过手柄控制，身体外部是满满的机械结构。为什么SoFi可以在水中如此自在的游动，中国迷信院自动化研讨所喻俊志研讨员详细引见了SoFi的驱动原理。

喻俊志通知科技日报记者，为了完成游动，SoFi机器鱼有一个驱动机构将水抽进两个球状腔体中，当一个腔体收缩时，身领会弯曲到一边，当执行机构把水推到另一个腔体时，身体就会向另一个方向弯曲。相似于发起机的一组活塞，经过往复运动驱使机器鱼像真鱼一样左右摆动。

值得一提的是SoFi采用软体驱动机制设计，摆脱了刚体机构约束，“而软体仿生必将是当前机器鱼的开展方向。”喻俊志说。

其实，除了SoFi、机械狗鱼、机械海豚和机械水母，早已有众多仿生生物在水中畅游了。

师法自然的机械设计

和运动控制

喻俊志引见，仿生鱼能在水中如此灵敏地游动，这次要得益于机械设计和运动控制两方面的结合。

自然界中，漫长的自然选择和退化赋予了鱼类超凡的水下运动天赋。凭仗优良的生理结构和游动机制，鱼类的游动功能远超现有的飞行器。

“能者为师，我们以生物解剖学为根底，对仿活力器鱼的内部形状和外部质量散布停止设计。”喻俊志说。

以机械狗鱼为例，在机械设计方面，该机器鱼以北美狗鱼为仿生对象，全体外形采用流线细长体构造，头部采用宽扁形的设计都能无效地减小流体阻力。尾部为典型的多连杆机构，由四个铝制的骨架串联而成。这种机构复杂灵敏，易于控制，可以近似模拟鱼类游动形状。尾鳍经过粗大的尾柄与多连杆机构衔接，其外形是依据真实狗鱼的尾鳍停止设计，愈加契合生物特征，以便取得较优的水动力。

鱼类的胸鳍具有极端复杂的生理构造，既可以作为主动控制面以静态方式辅佐鱼体均衡，也可以作为自动控制面以振动方式完成机动运动，而仿活力器鱼采用过于复杂的胸鳍构造较为困难。

“我们采用对称且不断坚持伸展的两个自在度胸鳍构造，在机器鱼游动时提供俯近一年来，国家加大了对于互联网金融的管理力度，各种管理政策不断出台，不少业内人士对于互联网金融都保持着谨慎看好的态度，但是安方丹却保持了乐观的态度，她认为，互联网金融行业在当前是“风口上的大象”，技术正是这股风的原动力。仰力矩，完成机器鱼上浮/下潜。”喻俊志说，在机械设计进程中尽量使浮心与重心在一条垂线，且重心必需坚持在行进方向的轴线上，重心越往前，机器鱼游动时对头部的影响越小，这样机器鱼游动起来有更好的波动性。

除了身型接近真正的北美狗鱼，机械鱼在游动上也和北美狗鱼很像，不只可以上下浮动、左右摆动，还能疾速转弯。

喻俊志引见，鱼类的游动形式多种多样，复杂讲次要有两种，一种是身体/尾鳍形式，鱼类经过将身体弯曲构成向后传达的鱼体波发生向前的动力，并延伸至尾鳍，从而发生推进力；另一种是地方鳍/对鳍形式，经过地方鳍和对鳍的动摇或许摆动运动发生推进力。

在运动控制方面，仿活力器鱼能完成这两种有节律游动形式的关键是采用了中枢形式发作器(Central Pattern Generator, CPG)这种运动控制器。CPG是指存在于生物体内中枢神经零碎的神经元电路，可以在没有任何感知反应或许初级神经中枢的控制信号的状况下发生协同的节律举措。将这种运动控制器使用到机器鱼上，控制机器鱼的多连杆机构之间发生一定的相位差停止周期摆动，完成相似鱼体波拟合的控制办法。正是由于有这种控制器机器鱼游动起来才十分自然。

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“机器鱼不光游起来像鱼，在做其他举措的时分也要像鱼，比方疾速转向。”喻俊志引见，经过察看鱼类的疾速转向行为，我们发现鱼类在疾速转向进程中，身体简直被限制在一个“C形管道”中。此时，鱼体遭到的回冲力最小，能量损耗较少。依据这个景象我们提出了虚拟C形管道的静态轨迹法。该办法使用到机器鱼上，处理了机器鱼的疾速、精准的瞬态控制，以及瞬态与稳态的切换。

经过这些“由外及里”的设计，机器鱼才干像真实的鱼一样表现出自然、灵敏的游动功能。

监测、搜索、勘探用途多多

鱼类优良的生理结构、游动机制可以为新型水下飞行器的设计提供灵感。与传统基于螺旋桨推进的水下飞行器相比，机器鱼完成了推进器与舵的一致，具有高机动、低扰动、推进效率初等优点，愈加合适在狭隘、复杂和静态的水下环境中停止监测、搜索、勘探及救援等作业。

“此外应用机器鱼停止的机理研讨也可以协助生物学家探究鱼类更深层次的成绩，协助生物学家处理鱼类游动的奥妙，”喻俊志说，例如著名的“Gray”悖论。

目前这些仿活力器人早已投入到详细任务中，2011年，本次涌现的 AI、区块链和物联网热潮不同于以往，将对产业、社会和生活产生真正堪称“颠覆性”的变革。IT 技术人员需要全方位地“换脑”：对原有的知识结构进行全面刷新，全面升级。仿活力器海豚水质监测零碎在北京雁栖湖成功停止了水质检测实验。2016年，一款便携式的水质监测仿活力器海豚零碎愈加智能，执行了屡次多水质监测义务。例如，在玉树禅古水库成功在线采集了水库PH值、电导率、温度等重要水质参数，为玉树市掌握水质信息和采取措施提供了根底数据，并无效进步了水质监测效率。