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哈佛科学家开发的机器鱼可自主组成“鱼群” 并作为“搜索队”工作

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2021-01-20 15:51:59 转载

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哈佛怀斯生物启发工程研究所的研究人员创造了一套鱼形水下机器人，它们可以自主导航并找到对方，并合作执行任务。就像航空无人机在一个又一个行业中证明自己的价值一样，水下无人机可能会彻底改变生态学、航运和其他希望在水下持久存在但又难以探索的领域。

在过去的几年里，人们看到了有趣的新型自主水下航行器，这些对于在开放水域巡航来说是有效的，但对于在珊瑚礁或码头的角落里工作来说却不是。

为了达到这个目的，怀斯生物启发工程研究所的研究人员专门创造出模仿自然界的机器人。根据发表在《科学机器人》上的一篇新论文，研究共同作者Florian Berlinger、Melvin Gauci和Radhika Nagpal决定不仅要模仿鱼的形状，还要模仿它与同伴的互动方式。

在受到潜水过程中鱼群的景象启发后，Nagpal一直在追问这个问题。“我们如何创造出能表现出这种集体一致性的人工替代物？在这种情况下，整个集体仿佛是一个单一的替代物？”

他们的答案是Blueswarm，是一系列小型的 "Bluebots"，这被3D打印成鱼的形状，用鳍代替螺旋桨，用摄像头代替眼睛。Bluebots还模仿自然界的创新生物发光技术，用LED灯点亮，就像一些鱼类和昆虫发出信号的方式。LED脉冲会根据每个机器人的位置和对“邻居”的了解而改变和调整。

利用摄像头和最前面的光传感器的简单感官、基本的游泳动作和LED，Blueswarm会自动组织自己的群体游泳行为，建立一个简单的 "铣削 "模式，当新的机器人从任何角度投放进来时，都能适应。

这些机器人也可以一起完成简单的任务，比如寻找东西。如果给这组机器人的任务是在他们所在的水箱中找到一个红色的LED，它们可以各自独立寻找，但当其中一个机器人找到它时，它就会改变自己的LED闪烁，以提醒和召唤其他机器人。

这些机器人可以在不惊动海洋生物的情况下，安全地靠近珊瑚礁和其他自然特征，监测它们的健康状况，或者寻找它们的相机眼睛能够探测到的特定物体。或者它们可以在码头和船只下面蜿蜒游走，检查船体，比单艘船更有效。也许它们甚至可以在搜索和救援中发挥作用。

这项研究还推进了对动物如何以及为什么首先聚集在一起的理解：

“通过这项研究，我们不仅可以建立更先进的机器人集体，还可以了解自然界的集体智慧。鱼类在群游时必须遵循比我们的机器人更简单的行为模式。这种简单性是如此美丽，却很难被发现。”Berlinger说。“已经有其他研究人员主动联系我，希望用我的Bluebots作为鱼类的代用品，进行鱼类游泳和成群的生物学研究。他们欢迎Bluebot跻身于他们的实验室鱼类，这让我非常高兴。”