自然界一直都是人類各種科學技術,工程原理及重大發明的靈感源泉,像人類根據蛋殼發現了拱形的承受力,根據蝙蝠發出的超聲波發明了雷達等等。模擬生物系統的原理以及作用,無疑是讓人類科學技術最優化的好方法。仿生機器魚是屬於仿生機器人學的範疇,因此它涉及到機電、材料、流體力學、控制、能源、生物、通訊等學科。對它的研究可以帶動相關學科的發展,同時由魚類運動的特點還決定了仿生機器魚在一些特殊的領域具有不可替代的作用,仿生機器魚啊就是仿照魚鰭的運動原理讓自身動起來,它在水中的表現也是讓人眼前一亮!
仿生機器魚的原理
仿生機器魚根據仿生學和流體力學的原理,與珊瑚礁區特有的盒子魚為原型,匹配矽膠質地的仿生魚鰭。讓它可以像魚兒一樣擺動身體,為機身提供動力。內置的慣性測量單元和自動控制算法,讓機身即使身處波濤洶湧的水中也能保持平衡,自由穿梭。當我們在水下遊玩時,可以通過手裡的遙控器控制仿生魚,讓它像自己的小寵物一樣跟在身邊,遙控器和水下攝影機器人模擬海豚發出的聲波相連接,這種聲波還會吸引魚類一起遊玩哦。
仿生機器魚的配置及性能
配合機身內搭載的4k廣角運動鏡頭和穩定系統,讓體驗者不錯過每一個美好畫面。除此之外,我們還可以在水面上通過手機與機器人相連接,實時直播水下畫面,控制機身行駛路線。如果在水中遇到障礙物怎麼辦?機身上的紅外定位感應器可以保證讓水下攝影機器人在水中自由穿梭的同時,自動躲避障礙物,讓它真正擁有了魚的特性。機身內部還裝有定位系統,不管是遇到電量過低還是失去信號等情況,都可以自動找到回家的路。
仿生機器魚的特點
同常規水下運動設備相比,仿生機器魚具有以下特點:
1.推進效率高:魚類的高效率與其完善的流體性能有關。魚類通過尾鰭的擺動能消除螺旋槳產生的與推進方向垂直的渦流,產生與推進方向一致的渦流,並且整理尾流,使其具有更加理想的流體力學性能,從而提高效率。初步試驗表明機器魚的推進效率比常規水下設備高30%以上。採用機器魚作為水下機械可大大節省能量,提高能源利用效率,從而提高了水下作業時間和作業範圍。
同時相對於目前的船舶,其高的推進效率可以節約大量的能源,在研究仿生機器魚推進機理的基礎上可以為新型船舶的設計提供新的思路。
2.機動性能好:機器魚具有高速啟動、加速的性能,以及可在小範圍內實現不減速轉向運動。研究發現,生活在水中的依靠敏捷運動才能生存的魚類,可以不減速實現轉向運動,並且其轉向半徑只有其身體長度的10%~30%。而現在的機動船在轉向時其速度要降低50%以上,並且其轉向半徑大。
由於採用身體波動式推進的機器魚體型細長,並且具有足夠的柔韌性,使其在空間狹窄、空間結構複雜的場所有著更良好的機動性能。因此它可以在波濤洶湧、地勢險峻的海洋環境中進行水下探測和水下作業。
3.噪音低、隱蔽性能高:軍事應用方面,由於機器魚在雷達上的表現形式與生物魚類幾乎相同,能夠輕而易舉地躲過聲納的探測和魚雷的襲擊,出其不意的攻擊對方艦艇、基地,具有重大的軍事應用前景。而且在民用上,可以用於海洋生物觀察。
仿生機器魚的未來
仿生機器魚在海洋產業發展的過程中發揮著重要作用。它能深入海底進行探測和作業。除了提高產業人員的安全之外,還能帶來巨大的新增收入。業內分析,水下無人系統需求已經超過20億美元。並預計到2025年增加到60億美元。
目前,仿生機器魚市場正處於起步階段。大多數是安裝了特定傳感器,類似於魚雷的設備,在全球各地與船舶結合使用。這些產品大致可以分為兩大類:一種是遠程操作車輛(ROV),另一種是自主水下航行器(AUV)。仿生機器魚獲得的信息有助於科學家預測全球變暖的影響。還可搭載水質傳感器,監測一系列水質參數。有望搭載軍用傳感器,完成軍事偵察、反潛、排雷、布雷等特殊任務等等等等。它的應用也是很廣闊。前景也是一片大好啊!
總結:仿生機器魚參照魚類遊動的推進機理,利用機械、電子元器件或智能材料(smartmaterial)實現水下推進的運動裝置。也許你會說:跟我有什麼關係?千萬別這麼想!沒準以後你就用它在水下攝影,錄製視頻等等。21世紀是人類開發海洋的世紀,隨著海洋開發需求的增長及技術的進步,適應各種非結構化環境的水下機器人將會得到迅猛的發展。可以預見,仿生機器魚/機器魚以其效率高、機動性好、噪音低、對環境擾動小的優勢將得到廣泛應用。