1月18日消息，近日，哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院（SEAS）和威斯生物工程研究所（Wyss Institute for Biospired Engineering）的研究人員研發出一組魚形水下一位機器人，它可以像魚一樣平靜地聚在一起，也可以自動導航和尋找彼此，協作完成任務。這也是研究人員首次在水下機器人領域，展示了具有內隱協調（隱式協調）的復雜三維集體行為。

魚類成群結隊的行為，可以幫助他們尋找食物，進行遷徙或躲避捕食者。沒有任何一條魚在協調他們的身上，也沒有魚“交頭接耳”討論了這些事情。相反，這樣的行為集體來源于所謂的內隱協調-魚類可以根據自己看到的同類行為作出決定。這種分散的，但具有自主性的自我組織，長期以來一直吸引著科學家探索。

▲魚形水下機器人Blueswarm

空中的無人機在各個領域證明了自己的價值，水下無人機也可以在生態，轉向和其他水下領域的場景中體現其價值。

在過去的幾年中，人們已經對一些有趣的水下機器人有些許了解，其中最常見的類型是一種“魚雷”式機器人。這種機器人在開放水域巡航時效率很高，但不能用作在珊瑚礁或碼頭的角落和縫隙中巡航。

為了在復雜細微的水下環境巡航，威斯研究所通過對大自然的探索，制造出一個仿生機器人。這種仿生機器人模仿了魚的形狀，還模仿了魚群的活動。

作者Florian Berlinger和Radhika Nagpal將他們的研究成果寫成論文，近期，論文被發表在《科學機器人》上。

一，成為魚，納入魚群

Nagpal在潛水時看到魚成群結隊地游走，便開始追問：“我們不是能創造出一個機器人群體，使它們在運動時能具有像魚群一樣的群體一致性？”

▲Blueswarm的組成結構

因此，這次科學家們研發出了一個名字叫Blueswarm的小型機器人。通過3D打印，這個機器人被制造成魚的形狀，它以螺旋槳為鰭，以照相機為眼。

Berlinger說：“機器人通常被部署在人類無法接近的地方，或者危險的地區。在這些地方，人類甚至無法對機器人進行干預。在這種情況下，一個能夠自給自足，并且具有高度自主性的群體的優勢就非常明顯。通過對內隱規則和3D視覺的使用，我們能夠在沒有GPS和WiFi支持的水下環境，創建一個具有高度自主性和替代的水下系統。”

但對于一條普通的魚而言，這樣的機器人遠沒有一根六英尺長的金屬管子那么嚇人，也不會因為搭載的螺旋槳發出巨大聲響而嚇走魚群。

二，模仿魚群活動細節，符合水下工作需求

在三維空間中工作，對于水下機器人來說也是一個不小的挑戰。因此，研究人員在Blueswarm身上配備了發光二極管，轉換為能像海底生物向分類發信號一樣發光，并使用自定義算法來LED光源散發光的強弱和變化，應該每個機器人所在的位置和周圍環境。

Blueswarm基于相機和機器人最前端的光敏傳感器，進行游泳動作和發光情況進行調整，自動將多個個體組織成一體在水中游動。它們可以組裝出一個“銑削（注：將毛坯固定，用高速旋轉的銑刀在毛坯上走刀，切出需要的形狀和特征）”模式，讓新加入的機器人不管在任何角度插進隊伍都能及時適應“魚群”的運動狀態。

▲多機器人建造出“銑削”模式

如果研究人員要求一個由Blueswarm機器人組成的小組在水箱中找到一個紅色的LED燈，它們可以各自獨立對這個燈進行搜尋，而當其中一個機器人找到指定的燈時，它會改變自己身上的LED燈閃爍的狀態來提醒其他機器人。

Nagpal說：“ Blueswarm的研究成果代表了水下自組織集體行為研究的一個重要進展。”這種技術的用途在于，首先，這些機器人可以在不驚動海洋生物的原因下，監測其的健康狀況。同時，它們還可以在碼頭和船只的下方，以更有效的方式檢查船體。也許，它們還能在搜救中發揮作用。

通過這項研究，人們甚至可以建造更先進的機器人集體，還對自然中動物的表現式活動有了更深刻的了解。

Berlinger說，“其他研究人員已經聯系到我，想用我們的Blueswarm作為魚類的替代品”，“魚類在群體游動中遵循著簡單的行為模式，這種模式很美麗，卻很難被發現。”品，幫助他們進行魚類游泳和與魚群相關的生物學研究。他們的實驗室歡迎Blueswarm加入，這讓我非常高興。”

▲憂郁融入魚群

結語：仿生機器人-從模仿自然到融合自然

哈佛大學研究人員這次研發的水下機器人除了在尺寸上對魚進行了模仿，甚至把魚的表現行為也模仿得惟妙惟肖。以前，仿生機器人追求的是與生物個體的相似，而水下機器人追求的僅是個體能在水下靈活行進和工作，很少考慮到與水下生物的兼容情況。

現在，Blueswarm為水下機器人和環境及水中生物的兼容方面開了一個先河。仿生機器人已經不止模仿模仿自然生物形態，它們正在轉變成一體的自然環境，成為大自然的一部分。

責任編輯：PSY