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浙大教授研发的软体鱼 游得比菲尔普斯还溜

  身长20多厘米,浑身柔软无骨,能穿过水底狭窄的缝隙,还能以每秒12厘米的速度巡航,遇到紧急状况还能将速度提升一倍多……

  这不是一条通过物种进化而来生活于大自然的鱼,而是一条从浙江大学航空航天学院实验室里游出来的机器鱼,“养育”了这条鱼的是该学院的副教授李铁风,据他介绍,这条鱼能做的不仅是观赏,还能完成不少和水下勘测有关的工作,在收集水文资料和沉船打捞的前期探测也能发挥作用。事实上,水下机器鱼的作用正越来越明显,业内人士表示,水下环境比较复杂,利用水下机器鱼代替人们下水探测,既能降低勘察人员的危险系数,还能简便地获取丰富的数据,可谓一举两得。

  小小机器鱼速度快仿照蝠鲼更省电

  在浙江大学航空航天学院的实验室里,几条微缩版的“蝠鲼”(俗称魔鬼鱼)正在水中漫游,这条鱼的名字叫做软体机器鱼,据它的创造者——浙江大学航空航天学院副教授李铁风介绍,目前软体机器鱼已是第四个版本,和之前的几个版本相比,这个版本的软体机器鱼个头更大,速度更快,信号的传输距离也更远。

  和普通的水下机器人通过螺旋桨等水下驱动器提供动力不同,李铁风研发的软体机器鱼的运行方式和真正的蝠鲼很相似。“它有电子肌肉。”李铁风指着它柔软的“肚皮”说,这是机器鱼的核心部件。这一层薄薄的“电子肌肉”,实际上由三层材料组成,上下两层是透明的介电高弹体薄膜,中间是导电用的碳膏或水凝胶;三层材料紧密地粘合在一起,就像北京著名小吃“茯苓饼”。如果给它两极通上交流电,它已经可以像心脏一样地“跳”动了。

  从2015年开始,李铁风就着手软体机器鱼的开发工作,谈及为什么选择蝠鲼作为原型,他说:“蝠鲼游泳时非常省力,这一点让科学家深受启发,对机器鱼来说这就意味着省电。”

  以李铁风所研制的第四代软体机器鱼来说,其体内装着相当于手机电池1/10容量的锂电池,充满一次电就可以让它搜索周围1平方公里的水下空间。如果以巡航速度12厘米/秒的速度运行,其续航时间能达到4小时,如果全速前行的话,软体机器鱼可以达到30厘米/秒的高速,“按距离身长比来计算的话,它比菲尔普斯的游速还要快一些。”李铁风说。

  水下机器人应用广泛

  水文勘测沉船检测都能用到

  杭州南江机器人股份有限公司是一家主要从事研制开发和销售推广智能机器人及其应用产品的高科技型企业,公司董事长谢宇在日常的工作中经常能接触到各种新研发的机器人,在他看来软体机器鱼的技术至少涉及机器人制造和新型材料这两个难度较大的专业,仅以这台机器鱼软体特性来看,这是未来机器人发展的趋势之一。

  谢宇介绍,目前不少流水线上工作的机械臂,大多采用全金属结构,其工作区域大多被限制在一个钢铁笼子中,这主要是为了保护生产线上的工作人员,现在不少企业正在研发软体的机械臂,这种机械臂可能会采用动物的肌肉结构,通过软体的牵拉、进行动力的传动,甚至能进行一些细小精密的工作,虽然可能在精度上无法和人相比,但这些机械臂因为采用软体技术,就可以与人进行配合工作,一次达到更高的精度。

  而在李铁风看来,软体的特性赋予了软体机器鱼一项特殊技能——穿越狭窄地带。

  李铁风介绍,在水底地形和沉船的探测、勘查时,经常会遇到一些复杂的水下地形,如狭窄的石缝或弯曲的海沟,遇到这些地形,普通的“硬”机器鱼无法进入,而软体机器鱼可以轻松从缝隙中挤入,而在一些特殊环境中,软体机器鱼的表现也不错。“经过试验,软体机器鱼能在0-74摄氏度的水中畅游,而水下200米以上的水压试验也都已通过,很快我们会进入到水下200米以下的空间探索中。”李铁风说。

  目前应用于市场的以观赏性为主

  未来或能期待机器鱼与真鱼同游

  虽然软体机器鱼的前景不错,但在李铁风看来还有不少难题需要攻克,而电池的续航能力就是其中之一。

  李铁风透露,就目前软体机器鱼的工作情况来看,4小时左右的续航能力并不完美,如果要让软体机器鱼能在实际工作中派上大用处,其体积至少要和真正的蝠鲼一样达到2米,续航能力也需要达到10-15小时,而速度也需要进一步提升。“从此前的研究成果来看,水下物体的体积越大,其速度也会越快,我们希望软体机器鱼的速度能达到2-3倍身长/秒。”他说。

  在李铁风的设想中,今后在大型水族馆中让真假蝠鲼同池游泳,会是一件很美妙的事。此外,研究的核心模块“电子肌肉”,还能发展现有的可穿戴式医疗康复设备,或许会比硬质机械式产品更为舒适与安全。

  杭州赫瓦机器人技术开发有限公司的主营产品中有一款机器鱼,公司负责人卢锦旌表示,目前公司经营的这款机器鱼与真实的鱼类极为相似,外表仿真度可以达到90%以上、游泳姿势和运动的状态也足以以假乱真。

  “目前公司的这款机器鱼主要用于观赏,随着技术的进步,未来水下机器人的形态会越来越多,而外形也可能会仿照各类海中生物,毕竟大自然才是人类最好的老师。”他说。

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