'Tunabot：第一艘與金槍魚同步的機器人魚

弗吉尼亞大學工程學院的機械工程師與哈佛大學的生物學家合作，創造了第一台被證明可以模仿活黃鰭金槍魚的速度和運動的機器魚。

他們的同行評審論文「金槍魚機器人：探索游泳魚表演空間的高頻實驗平台」於2019年9月18日發表在科學機器人雜誌上，這是科學雜誌的一個分支，致力於機器人科學的技術進步和工程。

由UVA工程機械和航空航天工程系教授Hilary Bart-Smith領導的機器人金槍魚項目誕生於美國海軍研究辦公室授予Bart-Smith五年720萬美元的多學科大學研究計劃。學習快速，有效的游泳不同的魚類。巴特 – 史密斯項目的目的是更好地了解魚類推進的物理學，這項研究最終可以為下一代水下航行器的開發提供信息，這種水下航行器比魚類系統更好地驅動，而不是螺旋槳。

水下機器人在一系列應用中也很有用，例如國防，海洋資源勘探，基礎設施檢查和娛樂。

然而，在生物驅動的推進系統可以用於有人和無人駕駛車輛的公共和商業用途之前，研究人員必須能夠可靠地了解魚類和其他生物如何在水中移動。

「我們的目標不僅僅是建造一個機器人。我們真的想要了解生物游泳的科學，」Bart-Smith說。 「我們的目標是建立一些我們可以根據什麼使生物游泳者如此快速和有效地檢驗假設的東西。」

該團隊首先需要研究高性能游泳運動員的生物力學。哈佛大學生物學教授喬治·勞德和他的研究團隊精確測量了黃鰭金槍魚和鯖魚的游泳動態。利用這些數據，Bart-Smith和她的團隊，研究科學家Jianzhong「Joe」Zhu和Ph.D.學生卡爾懷特，建造了一個機器人，不僅像水下的魚一樣移動，而且足夠快地擊打它的尾巴，達到幾乎相同的速度。

然後，他們將名為「Tunabot」的機器人與活體標本進行了比較。

「有很多關於魚類機器人的論文，但其中大多數都沒有太多的生物學數據。所以我認為這篇論文在機器人工作和生物數據的質量上是獨一無二的，」勞德說。

「我們在論文中提出的結果令人驚嘆的是生物學和機器人平台之間的相似之處，不僅僅是游泳運動學方面，還有速度與尾部頻率和能量性能之間的關係。 ，「巴特史密斯說。 「這些比較讓我們對我們的平台及其幫助我們更多了解生物游泳物理學的能力充滿信心。」

該團隊的工作建立在UVA Engineering在自治系統中的優勢之上。機械和航空航天工程系是UVA工程網路物理系統鏈接實驗室的參與者，該實驗室專註於智能城市，智能健康和自動駕駛系統，包括自動駕駛汽車。

Tunabot項目是Bart-Smith在海軍研究辦公室的第二個競爭激烈的多學科大學研究計劃的產物; 2008年，巴特 – 史密斯獲得了650萬美元的獎金，用於開發以蝠for為模型的水下機器人。

Tunabot的測試在UVA工程機械和航空航天工程大樓的一個大型實驗室進行，在一個佔據房間大約四分之一的流動水箱中，在哈佛大學的類似設施中進行。無眼，無鰭複製魚大約10英寸長;生物等效物可以達到七英尺長。釣線Tether保持機器人穩定，綠色激光穿過塑料魚的中線。激光測量機器人每次掃描其製造的尾部時流出的流體運動。隨著流動水箱中的水流加速，Tunabot的尾部和整個身體以快速彎曲的方式移動，類似於活黃鰭金槍魚游泳的方式。

「到目前為止，我們在魚類機器人文獻中看到，其他人已經建立了非常好的系統，但數據在測量選擇和顯示方面往往不一致。這只是目前機器人技術領域的現狀。我們的論文Tunabot很重要，因為我們的綜合性能數據設定了非常高的標準，「懷特說。

勞德說，生物學和機器人學之間的關係是循環的。 「我認為我們在這個領域有一個成功的研究計劃的一個原因是生物學家和機器人專家之間的巨大互動。」一個分支中的每個發現都告訴另一個分支，這是一種不斷推進科學和工程學的教育反饋循環。

「我們並不認為生物學已經發展到最佳解決方案，」Bart-Smith說。 「這些魚類已經有很長的時間發展成一種解決方案，使它們能夠生存，特別是吃，繁殖，而不是被吃掉。不受這些要求的限制，我們可以專註於促進更高性能，更高速度的機制和功能我們的最終目標是超越生物學。我們怎樣才能建造出看起來像生物學的東西，但比你在海洋中看到的任何東西遊得更快？「

故事來源：

物料 由…提供 弗吉尼亞大學工程與應用科學學院。原作由Christopher Tyree撰寫。注意：可以根據樣式和長度編輯內容。