科技周刊|机器鱼混迹真鱼群当上“老迈”

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才智过工业机器人的钢筋铁骨,那么,你见过像大象鼻子相同灵敏的机械臂、能像海豚相同游水的机器鱼、会“狗刨”的两栖机器狗吗?它们全都诞生在广州,专家称之为“仿生机器人”。
本期《科技周刊》,记者来到坐落华南理工大学世界校区的吴贤铭智能工程学院,看望正在这儿研制的各类智能仿生机器人,探寻其间“道法天然”的魅力。专家们告知记者,这些仿生机器人不只能像各种动物相同举动自如,还在渔业、工业等许多范畴具有广泛的运用远景。
机器鱼在诱导金鱼。
AI机器鱼:自学游水每秒3个身位
在吴贤铭智能工程学院的试验室内,记者见到了十几种大大小小形状各异的机器鱼,有中等个头的“草鱼”“鲟鱼”,也有个头较大的“小海豚”,还有个头十分扁平的“鳐鱼”。这些机器鱼都根据仿生学原理进行规划,游动时尾鳍会像真鱼相同摇摆。
仿生电鳐
机器鱼有什么优势?
学院担任机器鱼研制的钟勇教授告知记者,机器鱼是一类水下智能机器人,比较其他水下机器人,它最大的优势是高效。团队经过试验比照螺旋桨机器鱼与摆尾式机器鱼的样机,成功发现鱼类摆尾发生的力学效应,以及鱼群完成能量运用最大化的集群效应,这为仿生鱼技能的进一步展开供给了创意和方向。经过仔细观察真鱼的运动轨道和行为形式,团队不断优化仿生机器鱼的规划,使其愈加靠近实在的鱼类。
机器鱼能游多快?
据介绍,这些机器鱼,现在游速最快可以完成每秒3个身位,即一秒钟可以游3倍体长的间隔,步幅长度最高可到达0.7倍体长。由于十分节能,它可以在水里游动几个小时,也可以经过添加滑翔功用,进一步进步续航才能。
仿生机器鱼宗族
机器鱼有“脑子”吗?
当然,这些机器鱼也绝非“无脑游”。现在,结合相关人工智能算法,团队正在协助这些机器鱼完成自主游动和方针追寻,让机器鱼游得越来越传神,成为实在意义上的AI机器鱼,“咱们经过人工智能深度学习的方法,让机器鱼自己去学游水,就像咱们人类婴儿学步相同,让机器鱼渐渐去探究,而在机器鱼的方针追寻方面,咱们也用了人工智能算法,可以让机器鱼在没有摄像头的情况下,学会追寻他的方针。现在,经过先进的人工智能算法,咱们可以用红外传感器,在一堆杂乱的物体中辨认方针。”钟勇说。
机器鱼的动力是什么?
钟勇表明:“大部分水下机器人需求依托螺旋桨作为动力,这类机器人的推进功率仅为60%~70%,而咱们的仿生机器鱼根据仿生学原理,运用肌腱驱动的方法规划摇摆尾鳍助推其行进,推进功率高达90%。哈佛大学从前做过试验,给一条死鱼注入一些药水坚持肌肉生机,再将其放入水流中,这条死鱼仍能向前游水。别的,天然界中的鱼类洄游现象也给了咱们许多创意,让仿生机器鱼有用运用周围流场中的能量,完成愈加高效地游动是咱们的方针。”
仿生机器鱼宗族
仿生机器人一般在哪儿打工
机器鱼在海洋草场当“领头鱼”
机器鱼有哪些立异运用?钟勇告知记者,学院的机器鱼已与湛江的水产公司展开相关项目协作,协助公司用于深远海网箱饲养。
“咱们发现鱼群和机器鱼相处得十分调和,鱼群还会跟着机器鱼游,把机器鱼当作‘领头鱼’。”钟勇告知记者,机器鱼不只可以在水中遛鱼,还可以亲近监控鱼群的行为。
此外,仿生机器鱼还可以进行水底地图制作、水生物勘探与监控,关于保护近海、河的水环境以及生物种群的多样性具有重要意义。在生活中,仿生机器鱼也可以用于海洋馆与游客互动展览或私家鱼缸宠物机器鱼运用。
钟勇以为,从科学研讨与发现的视点,机器鱼也会带来新的研讨方向。“船只如安在逆流中行进?咱们的传统方法是靠燃料、螺旋桨、吨位去对立水的阻力。在天然界中,鱼群能完成洄游,逆流而上,源于它能很好地感知并运用水流中漩涡的能量协助自己行进。鱼在水中游是十分省力的,这对咱们接下来开发各类新式海工配备很有助益。”
经过十几年如一日的不懈努力,钟勇团队规划的多款机器鱼已具有“冠军级”功能指标,也协助团队的研讨获得多个奖项。
机器鱼的尾部推进结构
象鼻机械臂伸入小空间勘探修理
钟勇告知记者,团队正在研讨像大象鼻子相同的机械臂,以处理工业机器人刚性机械臂的缺乏。
记者看到,钟勇团队规划的象鼻机械臂内部由一组电机和柔性可弹性的绷簧组成,这一节节绷簧可以弹性和旋转,变出各种姿势,在象鼻的最前方还安装了一支仿生软体抓手。“象鼻机械臂在狭小空间中的灵敏性十分高,比方可用于发动机等狭小空间的勘探与修理,象鼻机械臂可以直接伸进去,寻觅并处理‘病灶’。”
钟勇告知记者,虽然象鼻机械臂仍处于试验室阶段,但团队在许多方面已获得活跃开展。例如,象鼻机械臂的制作工艺就很有立异性。以往,这类机械臂的传感器和驱动设备是分隔制作的,结构规划完后还要再往上贴触觉传感器,降低了触觉传感器的运用寿命,也让机器人的规划受限。“咱们开发了一套仿生软体的制作工艺,可以运用3D打印技能,一次性将驱动传感一体化结构制作出来,制作完之后,传感器就直接集成在里面。”
钟勇介绍,比较工业机器人的刚性机械臂,象鼻机械臂愈加灵敏和柔性,可以触摸愈加柔软的、易形变的物体,而不必忧虑损坏。
仿象鼻机械臂在拧开瓶盖。
机器狗既能陆地跑又能水中游
近来,华南理工大学广州世界校区吴贤铭智能工程学院的李云泉副教授和陈晔副教授带领团队研制出一款具有水陆两栖才能的仿生机器狗。其既能在陆地小跑,又能在水中游水,实在完成了“狗刨”式游水,为仿生机器人在杂乱天然环境中的运用拓荒了新途径。
团队研制的这款水陆两栖机器狗长30厘米、宽10厘米、重2.25公斤,腿部选用了双关节结构规划。在陆地上,它的奔驰速度可达每秒1.2个身长;在水中则运用犬类划水创意规划的“狗刨步态”,游水速度达每秒0.54个身长,在世界水陆两栖机器人中处于领先水平。研讨团队经过防水规划和重心方位优化,保证其在水中安稳推进、姿势天然,似乎一只实在的小狗在池塘中畅游。
“咱们做仿生机器人,并不是为了简略仿照动物,而是期望凭借这种渠道,深化研讨生物的运动原理,并推进在实在使命中的运用。”李云泉表明。这一立异不只填补了仿生四足机器人在水域运动才能上的空白,也为应对天然灾祸、户外探究等杂乱使命中需求“翻山涉水”的运动才能供给了智能化处理方案。
两栖机器狗在水中。
机器鸟有事可救灾没事当教具
在吴贤铭智能工程学院,学做机器鸟(扑翼飞翔器)已是大一本科生的必修工程劳作课程,也是学生的仿生学入门课程。
扑翼飞翔器是一种仿照鸟类、昆虫等天然生物飞翔机制的飞翔器,经过扑动翅膀发生升力和推力完成飞翔。虽然扑翼飞翔器原理简略,但关于学生了解仿生学有十分大的协助,扑翼飞翔器在加载智能模块后,还有广泛的运用远景,成为低空经济中的重要一环。
如扑翼飞翔器的灵敏性使其可以进入杂乱地势和狭隘空间,进行精准的农药喷洒。可以在低空飞翔,对环境进行近间隔监测,适用于生态研讨和环境数据收集。还可以在狭隘空间内灵敏飞翔,适用于地震、火灾等灾祸现场的搜救作业。
“人类的许多发明创造都起源于天然。咱们身边的物种无不是在天然界中进化了上千万年甚至亿万年的强者。所以咱们开发机器人,也会十分重视仿生学的介入。”钟勇表明,开设仿生机器人相关课程,无论是对学生的爱好刻画仍是才能的培育都十分重要,“培育人才需求从爱好下手,只要这样,他们才会深化学习,不断进步自己的水平。以别致的仿生机器人体系作为前言,学生往往会十分感爱好,进一步激起他们学习机器人技能的热心。”
钟勇表明,学院对课程体系建造十分重视,着重理论教育和实践相结合,“咱们基本上每个学年都会有实践课程,在这一进程汇总,学生的才能得到了很大的进步,咱们超越70%的本科生结业后都挑选去国表里的顶尖高校持续进修。”
学做机器鸟(扑翼飞翔器)是吴贤铭智能工程学院本科生的必修课。
科学家解前沿
“人工肌肉”道路让机器人更像人
钟勇告知记者,现在无论是工业机器人仍是人形机器人,其技能道路首要依托电机、传感器、精细减速器等先进零部件。在试验室内,吴贤铭智能工程学院的专家们正在测验运用其他驱动方法,构建出举动更像生物的机器人。“咱们正测验运用‘人工肌肉’的驱动方法,选用一些智能资料,如‘形状回忆合金,介电弹性体等’来进行机器人的类肌肉驱动。”钟勇介绍。
据悉,人工肌肉是一种新式智能资料,可以经过资料内部结构的改动而弹性、曲折、束紧或胀大。它可以经过外部影响如电压、电流、温度等发生呼应,完成相似人类肌肉的缩短和扩展。
人工肌肉可用于制作仿生机器人,使其可以更传神地仿照人类动作,进步机器人的运动功能和灵敏性。现在,美国麻省理工学院开发的根据尼龙纤维的人工肌肉,可用于机器人的直线运动和曲折运动。德国萨尔大学研制的新式机器人夹持体系,运用回忆合金细丝束构建相似人工肌肉的夹持器,经过施加电脉冲使细丝缩短,然后发生运动。
“虽然人工肌肉可以更好地仿照人类动作的滑润和婉性。但类肌肉驱动的这种驱动方法现在还处于试验室阶段,困扰它展开的问题首要是这类人工肌肉的可靠性、耐久性等还需求进一步进步。全体来看,当下的机器人仍是依托电机驱动比较照较安全安稳,可是,任何东西都有一个向前展开的进程,一旦人工肌肉技能成熟了,就有或许改动机器人工业的全体相貌。”钟勇说。
文/广州日报新花城记者:武威
图/广州日报新花城记者:王维宣 通讯员 卢庆雷、樊济舟
广州日报新花城修改:李琳
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