深海探索離不開仿生海洋機(jī)器人

葉芳

仿生海洋機(jī)器人&傳統(tǒng)海洋機(jī)器人

海洋機(jī)器人也被稱為水下機(jī)器人、遙控?zé)o人潛水器，主要用于代替人類進(jìn)入海洋更深的區(qū)域進(jìn)行探索，從20世紀(jì)60年代開始至今，逐漸成為探索海洋的重要工具。海洋機(jī)器人在多個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮了很高的應(yīng)用價(jià)值，比如在海洋科考方面，可完成包括海洋勘探、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、生物研究、海洋測(cè)繪等任務(wù);在水下作業(yè)方面，可完成包括海底管道檢測(cè)、大壩巡檢等保障任務(wù);在軍事方面，可用于海上戰(zhàn)場(chǎng)抵近偵察、目標(biāo)搜救、戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視及海域反潛巡航打擊等任務(wù)。根據(jù)外形，海洋機(jī)器人可分為傳統(tǒng)海洋機(jī)器人和仿生海洋機(jī)器人兩種。

常用的傳統(tǒng)海洋機(jī)器人包括纜控海洋機(jī)器人和無纜遙控海洋機(jī)器人，絕大多數(shù)采用螺旋槳作為動(dòng)力來源，這種驅(qū)動(dòng)方式易被水草沙石干擾，且功耗大、效率低、噪聲大、不夠靈活，對(duì)海洋生物也極不友好。

仿生海洋機(jī)器人則彌補(bǔ)了傳統(tǒng)海洋機(jī)器人的劣勢(shì)，其設(shè)計(jì)多以魚類為原型。魚類作為自然界中最早出現(xiàn)的脊椎動(dòng)物，經(jīng)過幾億年的自然選擇，進(jìn)化出了非凡的水中運(yùn)動(dòng)能力，其推進(jìn)方式和效率遠(yuǎn)高于人類現(xiàn)有的航?？萍?。仿生海洋機(jī)器人將魚類的推進(jìn)機(jī)理和機(jī)器人技術(shù)充分融合，大大提升了海洋探索的效率。

解構(gòu)仿生鯊魚機(jī)器人

我們今天要介紹的仿生鯊魚機(jī)器人RoboShark，以仿生尾鰭作為唯一動(dòng)力源，推進(jìn)效率高達(dá)80%，較傳統(tǒng)螺旋槳推進(jìn)方式，可以很大程度提高續(xù)航時(shí)間。同時(shí)，RoboShark模擬鯊魚的外形與游動(dòng)方式，對(duì)海洋環(huán)境十分友好，且噪聲低、對(duì)環(huán)境擾動(dòng)小，結(jié)合吸音材料外殼，幾乎不干擾水體環(huán)境。甚至，海洋生物有可能會(huì)將仿生鯊魚當(dāng)成真實(shí)鯊魚一樣對(duì)待。

RoboShark曾在山東省青島市附近海域執(zhí)行水文信息采集任務(wù)，勘測(cè)人員使用它在港口周邊海域進(jìn)行勘測(cè)，獲取水中畫面、水溫及流體信息等。同時(shí)，利用RoboShark的側(cè)向聲吶，完成對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)的成像及分析。

接下來，我們就一起來看看，這只“鯊魚”身上有哪些奧秘。

知識(shí)鏈接

“卡門渦街”理論是著名科學(xué)家馮·卡門提出的，他發(fā)現(xiàn)水流在經(jīng)過圓柱體的時(shí)候，如果速度足夠快，水流的流動(dòng)方向就不再是豎直向后的了，而是形成兩排漩渦，兩排漩渦之間的部分便叫作渦街。這兩排漩渦會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體產(chǎn)生阻力。而魚擺動(dòng)尾鰭的運(yùn)動(dòng)模式，會(huì)讓身后的水形成“反卡門渦街”，產(chǎn)生對(duì)魚的推力，魚游動(dòng)時(shí)就會(huì)很省力。機(jī)器人在設(shè)計(jì)時(shí)參照了這一運(yùn)動(dòng)模式，大大提升了機(jī)器人的推進(jìn)效率。

（責(zé)任編輯 / 李島? 美術(shù)編輯 /張志浩）