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圖為在中科院“公眾科學(xué)日”上，孩子們到中科院自動化研究所觀賞仿生機(jī)器魚。 新華社發(fā)

　　看到一條魚，通常人們會想到餐桌上各種方法調(diào)制出來的魚類美食，然而對中科院自動化所仿生機(jī)器魚課題組成員來說，首先想到的卻是如何能進(jìn)一步改進(jìn)控制算法，在仿生魚身上完美地呈現(xiàn)魚的游動。

　　10余年探索，初步了解到魚類游動的機(jī)制

　　仿生機(jī)器魚課題組成員、中科院自動化所研究員王碩介紹，課題組研究仿生魚已經(jīng)有10多年了。2001年，課題組譚民研究員就開始了這方面的探索，一開始的主要工作是對魚類的跟蹤模仿。

　　大約兩年后，課題組發(fā)現(xiàn)，要提高仿生機(jī)器魚對環(huán)境的適應(yīng)性，需要它有水中的三維運(yùn)動能力，即除簡單的前后推動外，還要能夠上浮下潛，甚至能保持某一深度活動。為此，課題組在多關(guān)節(jié)仿生機(jī)器魚的基礎(chǔ)上，總結(jié)設(shè)計了一種新型機(jī)器魚，實(shí)現(xiàn)了仿生機(jī)器魚的俯仰和浮潛運(yùn)動。

　　2004年，課題組創(chuàng)造性地提出了一種基于重心的仿生機(jī)器魚俯仰姿態(tài)與深度控制方法，用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器魚水中的浮潛運(yùn)動。這種方法通過調(diào)節(jié)改變機(jī)器魚的重心位置，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器魚俯仰姿態(tài)的調(diào)節(jié)。

　　如今，經(jīng)過10余年的攻堅，課題組結(jié)合仿生學(xué)、機(jī)器人學(xué)、機(jī)械學(xué)和智能控制，探討了魚類游動的機(jī)制，形成了身體/尾鰭推進(jìn)、胸鰭推進(jìn)、兩棲、海豚式推進(jìn)等多個系列產(chǎn)品，聚焦于高機(jī)動、高游速兩大指標(biāo)，搭建了利用多模式控制技術(shù)將多種性能集成到高性能機(jī)器魚的平臺。

　　在水下環(huán)境監(jiān)測、水下救撈等領(lǐng)域應(yīng)用前景看好

　　王碩說，工業(yè)及軍事等領(lǐng)域的需求推動了仿生機(jī)器學(xué)研究，目前通過學(xué)習(xí)、模仿的方法來復(fù)制和再造生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能等成為機(jī)器人學(xué)的一個重要研究方向。

　　魚類是最早的脊椎動物之一，在億萬年的自然選擇中進(jìn)化出非凡的水中運(yùn)動能力，游泳技巧超出人類現(xiàn)有的航海技術(shù)。跟普通的水下推進(jìn)器相比，魚類的游動具有高效率、高機(jī)動性、低擾動的運(yùn)動特點(diǎn)，同時還能適應(yīng)水下復(fù)雜的生存環(huán)境。

　　王碩表示，科學(xué)家在探索一種不同于螺旋槳推進(jìn)的高效率、機(jī)動靈活的水下推進(jìn)方式，而仿生機(jī)器魚作為魚類推進(jìn)機(jī)理和機(jī)器人技術(shù)的結(jié)合點(diǎn)，為研制新型的水下航行器提供了一種新思路。仿生機(jī)器魚在狹窄或危險水下環(huán)境中的監(jiān)測、水下救撈、水下考古、水下設(shè)備檢修等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　目前，國際上對仿生機(jī)器魚已經(jīng)開展了很多研究工作，認(rèn)為波動推進(jìn)方式具有很多獨(dú)特的優(yōu)勢。王碩說，目前，一些發(fā)達(dá)國家在仿生魚的研究上取得了一系列成果，自動化所也有十余年的積累，整體研發(fā)水平處于世界前列。未來課題組將在已有的研究基礎(chǔ)上，對減阻、減重、動力等多方面的算法進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，提出更多創(chuàng)新性的理論成果。

　　研究機(jī)器海豚的課題組成員喻俊志說，雖然他們?nèi)〉昧艘恍┏晒寵C(jī)器魚像魚一樣游動，還有很多的困難要解決，畢竟從理論到應(yīng)用要面對復(fù)雜的環(huán)境考驗(yàn)。他表示，自己很享受這一過程，在智能算法的世界中徜徉，就如同魚兒在水中暢游一樣。

（原載于《人民日報》 2014-11-14 20版）