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打卡南北极、深入万米海底什么鱼能入选中国十大科学进展

2022-05-10 16:02   编辑:admin   人气: 次   评论(

  不久前,《未来中国》里就展示了这样一条鱼。它不是真的鱼,却能骗过鱼群,给它们“领航”;它能和同伴像模像样地玩“水上足球”;甚至把它拿在手里,它还要“倔强”地摇摆尾巴。玩“水上足球”的仿生机器鱼

  这是一种仿生机器鱼,由北京大学谢广明团队仿中华锦鲤而成。但这可不代表仿生机器鱼只能做到这么大。

  就在今年2月,世界首条仿生鲸鲨在上海海昌海洋公园亮相,身长足有4.7米。体型庞大,可做起水下表演来,灵活得很。如果不说出来,谁能想到这条庞然大物居然是“假鱼”。

  本质上来说,仿生机器鱼其实是一种水下机器人。但为什么要让它做得“像鱼”呢?这就值得说道了。

  如果把一条机器鱼拆开,它可能是长这样的:这两张图曾出现在谢广明教授的演讲中。他们挑了一条外观漂亮的锦鲤,通过低温速冻将其冻硬后,用三维扫描把外观数据测量好,搭建数据模型,再用3D打印技术,打印出一个仿生壳体。但要以假乱真,还需要更精细的控制算法,让机器鱼动起来。

  一个事实是:1994年,美国麻省理工学院才研制成功第一条真正意义上的仿生机器金枪鱼。它能够在多处理器控制下,通过摆动躯体和尾鳍,像真鱼一样游动。此前,世界上的水下机器人多以螺旋桨的方式来推进。

  对科学家们来说,螺旋桨不是一个好的推进方式。它的推进效率太低,转弯很费力,还很容易被水下声纳探测到。而机器鱼最大的进步就在于,它没有螺旋桨,在速度和灵活性等方面拥有巨大的提升潜力。

  目前,单是人类命名的鱼就超过3万多种。它们天然了解水下世界,有的适合在浅滩,有的可以深潜几万米,有的机动灵活,还有的擅长长途袭游。对科学家来说,让水下机器人像鱼,也就意味着它们能在更多应用场景中有用武之地。

  比如:仿箱鲀机器鱼,像箱鲀一样拥有一个盒子式的奇特外观,可以在复杂的水环境下保持稳定的机动性。

  通过模仿发光章鱼捕食行为,可以制造出具有独特抓取能力的新型软体抓取手,在水下打捞、物流分类、流水线上异类物体的选择和放置等方面大展拳脚。

  机器鱼的“卧底”行为能够引导真鱼洄游繁殖。而文章开头提到的仿生鲸鲨,不仅可以水下表演,搭载传感器后还能进行水质监测等活动。

  2月28日,科学技术部高技术研究发展中心(基础研究管理中心)发布2021年度中国科学十大进展。浙江大学教授李铁风研究组主导的“自供电软机器人成功挑战马里亚纳海沟”研究,榜上有名。软机器人在马里亚纳海沟万米深海驱动实验

  这是一条有“翅膀”的机器鱼。其原型是超深渊狮子鱼。“翅膀”模仿的是狮子鱼的柔性胸鳍,可以通过节律性扑翅实现游动。

  中国科学院深渊科考队曾在马里亚纳海沟和雅浦海沟,通过着陆器获取过7000多米海底的多个狮子鱼样本。研究发现,狮子鱼骨骼细碎分布在凝胶状的柔软身体中,能承受近百兆帕的压力,相当1000个大气压强。

  这种压力,曾被李铁风教授形容为“一吨重的小汽车全压在指尖上”。搞清楚其中缘故,就意味着,当机器鱼的硬质器件也能分散融入软体之中,也能像狮子鱼一样,即便看起来没有耐压外壳,也能“以柔克刚”,承受住万米级别的深海静水压力。

  这样的创新,是国际首次。而现实中,这种机器鱼也的确成功实现在马里亚纳海沟万米海底操控实验,并在南海3224米深处实现深海航行。“人类进入海洋,不光是要打破深度,是要做事情的。”

  汪品先院士谈到深海机器人的前景时表示,人类在海底受到的限制极多,但有了能在深海自如运行的机器人,不仅能够助力深海作业,还有可能把相关的实验室、气象站“搬”进深海,加速人类自主探索海底世界的进程。

  “当机器鱼在水里游时,真鱼会被吸引跟在后面,这是一个很有意思的现象”,他认为,当个体仿生向群体仿生发展时,或许可以研究如何用机器人来影响自然界,使其更加和谐统一,真正做到学习自然,反馈自然。

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