高仿金枪鱼？北京航空航天大学和中国科学院打造的仿生机器鱼

水下机器人由于其所处的特殊环境，在机构设计上比陆地机器人难度大，在水下深度控制、深水压力、电路绝缘处理及防漏、驱动原理、周围模糊环境的识别等诸多方面的设计均需考虑。以往的水下机器人采用的都是鱼雷状的外形，用涡轮机驱动，具有坚硬的外壳以抵抗水压，但由于传统的操纵与推进装置的体积大、重量大、效率低、噪声大和机动性差等问题，一直限制了微小型无人水下探测器和自主式水下机器人的发展。鱼类在水下的行进速度很快，金枪鱼速度可达105km/h，而人类最快的潜艇速度只有84km/h，所以鱼的综合能力是人类目前所使用的传统推进和控制装置所无法比拟的。鱼类的推进方式已成为人们研制新型高速、低噪声、机动灵活的柔体潜水器模仿的对象。仿鱼推进器效率可达到70%～90%，比螺旋桨推进器高得多，有效地解决了噪声问题。

仿生机器鱼是模仿鱼类游动的推动机理，通过机械、电子机构或功能材料（形状记忆合金、人造肌肉等）来模拟鱼类的游动推进动作，在水中利用身体、尾鳍或胸鳍的摆动产生推进波，并作用于身体产生向前推力，从而实现运动的水下航行器。近年来，全球范围内研究人员正在研制外形和活动像水下生物的新型机器人，这些模仿自然生物的机器人比普通机器人更具有效探测性。

机器金枪鱼（见图7-11）是麻省理工学院在机器鱼研制方面取得的最新成果。这个新原型拥有柔软的身体，体内只装有1台发动机以及6个移动部件，使其能够在更大程度上模拟真实鱼的移动。

由于身体完全由一整块柔软的聚合体材料制成，避免了水破坏脆弱内部零件的可能性。虽然仿真程度极高，但人们决不会将这款机器人误认为真正的金枪鱼。真正的金枪鱼每秒游动距离最远可达到身长的10倍，而机器金枪鱼的成绩却只有1个身长。

图7-11 机器金枪鱼

英国巴斯大学最新研制的一种水下机器人——“Gymnobot”（见图7-12），从外形上和游动姿势上都非常像鱼类，据称该设计的原型是亚马逊河宝刀鱼（knifefish）。

英国巴斯大学的设计者说：“这款类似淡水鱼的机器人，其肌肉组织是它的推进器，其腹部安装一个鳍片，鳍片波浪形摆动，可推动机器鱼前进。”

为了使机器鱼具有空间容纳照相机和其他电子仪器，研究人员从亚马逊河的宝刀鱼身体上获得了灵感——宝刀鱼身体保持“僵硬”状态，也能够在水中感应到电流。依据这种特性，研究人员设计的“Gymnobot”采用重量轻、像刀片一般的“鱼鳍”，使机器人身体保持刚性状态下，通过“鱼鳍”作为推动器在水中穿行。(www.xing528.com)

研究人员希望这款机器人能够用于研究靠近海岸的海洋生物，它的推进器能够排除多数沉淀物，从而不致被海草所缠绕。

中国第一条实际应用的仿生机器鱼——SPC-Ⅱ仿生机器鱼（见图7-13）已于2004年研制成功。技术人员可通过一个手掌大小的遥控器和一台计算机，对身长1.23m、通体色泽亮黑、外形逼真的机器鱼发号各种指令。水间的机器鱼自由灵活地穿波逐浪、载沉载浮，如果不是头部上方一个显眼的白色圆顶GPS导航天线，和水中的鱼难以区分。负责“SPC-Ⅱ仿生机器鱼”项目研究的是北京航空航天大学机器人研究所和中国科学院自动化研究所。这条机器鱼由动力推进系统、图像采集和图像信号无线传输系统、计算机指挥控制平台三部分组成，主要制造材料为玻璃钢和纤维板。它的最高速度可达1.5m/s，能够在水下连续工作2～3h。

图7-12 水下机器人“Gymnobot”

图7-13 SPC-Ⅱ仿生机器鱼

2004年8月，科学家曾使用这条仿生机器鱼对福建东山海域郑成功古战舰遗址进行了水下考古探测试验。机器鱼对4000m²的水域进行了摄像考察，有关图像即时传送到水面指挥部。在两天的实验中，机器鱼累计在水中工作约6h。这是中国考古工作者首次利用机器人辅助水下考古工作。

国家博物馆水下考古学研究中心负责人表示，该机器鱼航行速度能满足水下考古探测要求，操作简便、灵活性好，对环境扰动和破坏性小，可以提高工作效率、降低潜水员风险。