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柔软的机器鱼在珊瑚礁中与真实的鱼一起游泳
2020年12月30日    阅读量:     新闻来源:中国机器人网 vrovro.com  |  投稿

科学家发表了有关北极最难以捉摸的鲨鱼之一的罕见镜头。研究结果表明,即使近年来有许多技术进步,近距离记录海洋生物仍然是一项艰巨的任务。


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但是麻省理工学院的计算机科学家认为,他们有一个可能的解决方案:使用机器人中国机器人网vrovro.com


在今天的一篇论文中,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“ SoFi”,这是一种软机器人鱼,可以与真正的鱼一起在海洋中独立游泳。


在斐济彩虹礁的潜水测试中,SoFi一次在超过50英尺的深度游泳长达40分钟,灵活地处理电流并使用鱼眼镜头(还有其他功能)拍摄高分辨率的照片和视频。


利用其起伏的尾巴和独特的能力来控制自己的浮力,SoFi可以直线游泳,转弯或上下潜水。该团队还使用了防水的Super Nintendo控制器,并开发了定制的声学通信系统,使他们能够更改SoFi的速度并使它做出特定的动作和转弯。


CSAIL博士说:“据我们所知,这是第一条可以不受限制地在三个维度上自由游动的机器鱼。” 候选人Robert Katzschmann,今天在《科学机器人》上发表的新期刊文章的主要作者。“我们很高兴能够使用这样的系统比人类自己更接近海洋生物。”


Katzschmann负责该项目,并与CSAIL主任Daniela Rus,研究生Joseph DelPreto和前博士后Robert MacCurdy撰写了论文,后者现在是科罗拉多大学博尔德分校的助理教授。


这个怎么运作


传统上,现有的自动水下航行器(AUV)拴在船上或由笨重且昂贵的螺旋桨提供动力。


相比之下,SoFi具有更简单,更轻巧的设置,只需一个摄像头,一个电动机,以及与消费者智能手机中相同的锂聚合物电池即可。


为了使机器人游泳,马达将水泵入鱼尾的两个气球状腔室中,这些腔室的工作方式类似于发动机中的一组活塞。


当一个腔室膨胀时,它会弯曲并弯曲到一侧。当执行器将水推向另一个通道时,一个将向另一个方向弯曲。

 

这些交替的动作产生了模仿真实鱼类运动的左右运动。通过改变其流动模式,液压系统可实现不同的尾部操纵,从而导致一定范围的游泳速度,平均速度约为每秒车身长度的一半。


该团队使用了防水的Super Nintendo控制器来更改SoFi的速度,并使其进行特定的移动和转弯。


“作者展示了在制造,供电和防水方面的多项技术成就,这些成就使机器人无需束缚即可在水下移动,”意大利比萨圣安那高级学院生物机器人学教授塞西莉亚·拉斯基说。“


像这样的机器人可以比目前的机器人更紧密地探索珊瑚礁,这既是因为它可以更安全地靠近珊瑚礁,也可以被海洋生物更好地接受。”


鱼的整个后半部分由硅橡胶和柔性塑料制成,并且多个部件都进行了3D打印,包括头部,该头部容纳了所有电子设备。


为了减少水泄漏到机器中的机会,团队在头部注入了少量的婴儿油,因为这种液体不会因潜水期间的压力变化而压缩。


确实,团队最大的挑战之一是让SoFi能够在不同深度游泳。机器人的侧面有两个鳍片,可调节鱼的俯仰角度以进行上下潜水。为了垂直调整其位置,机器人具有可调节的重量室和“浮力控制单元”,可以通过压缩和减压空气来改变其密度。


卡兹曼说,该团队开发了SoFi,其目标是在环境中尽可能无干扰,从电动机的最小噪音到团队通信系统的超声波发射,该通信系统使用30至36 kHz的波长发送命令。


罗斯说:“该机器人能够进行近距离观察并与海洋生物互动,并且似乎不会干扰真正的鱼类。”


SoFi的轻巧设置包括一个摄像头,一个电机以及与消费者智能手机中相同的锂聚合物电池。


该项目是CSAIL更大范围的工作的一部分,该工作集中于软机器人,与坚固的同类机器人相比,它具有更安全,更坚固,更灵活的潜力。


软机器人在很多方面都比刚性机器人更易于控制,因为研究人员不必担心避免碰撞。


“避免碰撞通常会导致运动效率低下,因为机器人必须适应无碰撞的轨迹,”麻省理工学院的安德鲁和厄尔纳·维特比(Andrew and Erna Viterbi)电气工程与计算机科学教授鲁斯说。“


相比之下,软机器人不仅更有可能在碰撞中幸存下来,而且还可以将其用作信息,从而在下一次通知更有效的运动计划。”


下一步,团队将在SoFi上进行多项改进。Katzschmann计划通过改进泵系统并调整其身体和尾巴的设计来提高鱼类的速度。


他说,他们还计划很快使用车载摄像头使SoFi能够自动跟踪真实的鱼类,并为生物学家构建其他SoFi,以研究鱼类如何响应其环境的不同变化。


Rus说:“我们将SoFi视为开发几乎所有水下天文台的第一步。” “它有可能成为一种新型的海洋勘探工具,并为揭示海洋生物的奥秘开辟新的途径。”


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