機(jī)器魚水下停留至少八小時(shí)可用于溺水救援

“我們正在努力創(chuàng)建一個(gè)類似于波士頓動(dòng)力的組織，不過(guò)是在亞洲！”

提起自己參與研發(fā)、并創(chuàng)下吉尼斯世界紀(jì)錄的機(jī)器魚SNAPP，該團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)始成員之一穆罕默德薩德沙希德安維爾（Muh ammad saad shahidAnwel，下稱薩德）表示。

SNAPP由香港大學(xué)機(jī)械工程系研發(fā)，目前還保持著一項(xiàng)于2020年創(chuàng)下的吉尼斯世界紀(jì)錄：游完50米的水下路線只需耗時(shí)22.92秒，這打破了“機(jī)器人魚最快50m游泳”的記錄。

這比曾在2008年北京奧運(yùn)會(huì)一人獨(dú)攬8枚金牌、并打破4個(gè)游泳項(xiàng)目世界紀(jì)錄的菲爾普斯還快。另?yè)?jù)悉，該記錄在香港大學(xué)霍英東游泳池完成。

具體來(lái)說(shuō)，相比人類游泳者在國(guó)際游泳聯(lián)合會(huì)（FINA）認(rèn)可的長(zhǎng)距離游泳池中創(chuàng)造的世界紀(jì)錄，機(jī)器魚超過(guò)了男子50米仰泳（24s）和50米蛙泳（25.9s）、女子50m自由泳（23.67s）

、以及50米蝶泳（24.43s）和50米仰泳（26.98s）。

該項(xiàng)目的首席研究員、來(lái)自香港大學(xué)機(jī)械工程系的Timothy Ng表示：“除了塞薩爾西埃洛（Cesar Cielo，男子50米自由泳50米池世界紀(jì)錄保持者）以外，我們已經(jīng)超越了大多數(shù)奧林匹克游泳運(yùn)動(dòng)員，后者在20.91秒內(nèi)游泳50米?！?p>

因此，SNAPP是迄今為止最快的機(jī)器人魚類，其以2.18米/秒的速度突破了人類游泳所熟知的科學(xué)界限。

如上圖所示，SNAPP采用模塊化設(shè)計(jì)，為的是便于維護(hù)、維修和定制。它的浮力可通過(guò)增加身體組件來(lái)增加，其防水性能得益于它使用了丙烯酸管和。型圈。

它還使用433MHz低頻無(wú)線電，所以能更好地穿透水下信號(hào)。結(jié)構(gòu)上，SNAPP采用蘇格蘭軛，并使用聚乳酸（PLA）材料，以3D打印制作而成，總成本大約641美元。

由于使用機(jī)械鰭來(lái)移動(dòng)，這不同于常見(jiàn)的螺旋槳工作原理，因此可防止被水下植物纏繞。此外，它使用鋰離子電池供電，能在水下停留8小時(shí)到12個(gè)小時(shí)。

SNAPP的波動(dòng)頻率為4Hz，尺寸為880毫米（長(zhǎng)）×75毫米（寬）×300毫米（高），質(zhì)量為5千克，并由150W的電機(jī)供電。

它能快速游泳的原因之一，在于魚尾設(shè)計(jì)的靈活性，如下圖其魚尾就像一個(gè)彎月，這種弧度是靈活性的來(lái)源之一，并能在水下推動(dòng)其前進(jìn)。

自立項(xiàng)起，共有幾十人參與SNAPP研發(fā)，并孵化出一個(gè)名為BREED Robotics的機(jī)器人技術(shù)團(tuán)隊(duì)，該團(tuán)隊(duì)隸屬于香港大學(xué)，團(tuán)隊(duì)主要?jiǎng)?chuàng)始人有Timothy Ng等人。

港大機(jī)械工程系助理教授張富則是該項(xiàng)目的導(dǎo)師，他表示：“通過(guò)在機(jī)器人魚上添加視覺(jué)系統(tǒng)和控制算法，我們希望我們的魚能夠在水下任務(wù)中充當(dāng)搜索救援機(jī)器人的角色?！?/p>

研發(fā)過(guò)程中，該團(tuán)隊(duì)努力在速度、重量、耐用性和可靠性之間尋求平衡SNAPP的設(shè)計(jì)也經(jīng)歷了翻天覆地的變化。

如下圖所示，5年間，它的魚身和魚尾都經(jīng)歷了多次迭代。最初的魚身是圓柱狀，到最后成為尖銳的橢圓柱狀。

魚尾則經(jīng)歷從弧狀、到“脊椎骨”狀、再到弧狀的迭代。

在嘗試使用“白魚”“肥金槍魚”和“黃尾”等不同原型進(jìn)行了幾次失敗的嘗試之后，該團(tuán)隊(duì)最終設(shè)法將不銹鋼灌輸?shù)搅酥亓扛p的3D打印塑料中，并開(kāi)發(fā)出了目前版本。

SNAPP的外形很薄，可以在0.5米深的淺水區(qū)工作，可以穿過(guò)海底巖層，更可以穿過(guò)狹窄的裂縫。由于重量輕，阻力小，它能在0.8秒內(nèi)加速到最大速度，并且可以用尾鰭進(jìn)行急轉(zhuǎn)彎。

在48伏、5000毫安時(shí)的電池幫助下，它能以高速間歇性游泳3小時(shí)，并能在6小時(shí)內(nèi)維持1米/秒的巡航速度。

目前，SNAPP還具備電氣功能和軟件功能，例如控制器、反饋系統(tǒng)和方向控制系統(tǒng)，未來(lái)還將擁有伺服鰭片和水下攝像頭檢測(cè)功能。

據(jù)悉，該項(xiàng)目最初由一名港大學(xué)生發(fā)起，2017年底Timothy Ng接任了項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的職務(wù)，并將這條魚帶到了目前的創(chuàng)紀(jì)錄水平。

談及研發(fā)過(guò)程，他表示：“最大的挑戰(zhàn)是如何開(kāi)始創(chuàng)造創(chuàng)紀(jì)錄的魚類。我們選擇復(fù)制一條魚的自然運(yùn)動(dòng)，這是機(jī)器人過(guò)去試圖避免的事情，但是我們認(rèn)為這是一條值得探索的途徑?！?/p>

持續(xù)幾年的付出，也讓該團(tuán)隊(duì)獲得了由港大工程學(xué)院譚榮范創(chuàng)新部舉辦的第三屆InnoShow的“InnoShow獎(jiǎng)項(xiàng)目”，以及“第六屆中國(guó)香港大學(xué)生創(chuàng)新與創(chuàng)新獎(jiǎng)”的亞軍（這是由中國(guó)香港新生代文化協(xié)會(huì)和中國(guó)香港科技園公司舉辦的創(chuàng)業(yè)大賽）。

可以以2.3米/秒的速度游向溺水者

該機(jī)器魚具備搜尋救援、監(jiān)測(cè)水質(zhì)、以及在水族館提供娛樂(lè)的功能。

由于具有較好的水下移動(dòng)性，并且能在沒(méi)有救生員的情況下，提供浮動(dòng)支撐和拖曳能力。因此SNAPP非常適合進(jìn)行救援和搜索。

當(dāng)與基于人工智能的視覺(jué)系統(tǒng)集成、并使用空中無(wú)人機(jī)時(shí)，它可以形成一個(gè)強(qiáng)大的系統(tǒng)，為空襲和水中的受害者提供搜索和營(yíng)救。

2018年，為營(yíng)救被困泰國(guó)洞穴的少年足球隊(duì)成員，前泰國(guó)海軍海豹突擊隊(duì)隊(duì)員庫(kù)南不幸犧牲。該團(tuán)隊(duì)表示，如果能夠使用SNAPP，這場(chǎng)犧牲本可以避免。

據(jù)世衛(wèi)組織估計(jì)，全球每年有32萬(wàn)人死于溺水。在2012-2016年，香港報(bào)告了193例意外溺水死亡病例，其中66%的死亡事故發(fā)生在沒(méi)有救生員的情況下。

在演示試驗(yàn)中，救生員對(duì)SNAPP在游泳池中的表現(xiàn)感到驚訝。他們稱SNAPP的快速執(zhí)行力可以很好地幫助挽救生命，因?yàn)樵谀缢闆r下，時(shí)間就是生命，而SNAPP的快速運(yùn)動(dòng)能力，正是溺水救援所需要的。

也因此，SNAPP的常見(jiàn)部署地點(diǎn)是擠滿游客的海灘，一旦有人出現(xiàn)溺水，在確認(rèn)掙扎中的受害者身份后，SNAPP可以2.3米/秒的速度游向現(xiàn)場(chǎng)。到達(dá)后，SNAPP為受害者提供漂浮支持。

如下圖所示，一旦受害者得到保護(hù)，SNAPP會(huì)以巡航速度將受害者拖回岸邊，此外它還能提供足夠的浮力，來(lái)支撐一個(gè)重達(dá)80公斤的人漂浮在水面上。

另?yè)?jù)悉，它能在沒(méi)有救生員的情況下提供浮動(dòng)支撐和拖曳能力，還可作為潛水員的“寵物”，為他們攜帶氧氣罐等重要設(shè)備。當(dāng)潛水員陷入水流中，可將他們從水中拉開(kāi)。

也可解決海洋污染和保護(hù)海岸線

在檢測(cè)水質(zhì)方面，該團(tuán)隊(duì)正在研究使用SNAPP，來(lái)解決海洋污染和偵察水下垃圾的問(wèn)題。

在海底的SNAPP，可將其位置傳遞給相關(guān)收集器，也可被部署到定期流域中，對(duì)水樣進(jìn)行采集和水質(zhì)監(jiān)測(cè)，如檢測(cè)海底微塑料等。

同時(shí)，大多數(shù)海洋尚未為人類所見(jiàn)，SNAPP還可幫助保護(hù)海岸線、以及保護(hù)公共海灘免受鯊魚侵害，同時(shí)可以監(jiān)管水域邊界。

雖然SNAPP還無(wú)法與天然魚的游動(dòng)速度相提并論，但它模仿了真實(shí)魚的運(yùn)動(dòng)和輪廓，因此能很好地適應(yīng)海洋環(huán)境。它的動(dòng)作步態(tài)和真實(shí)的魚一樣，發(fā)出的聲音很小，可將水下聲污染降至最低。

未來(lái)，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)胸鰭去改進(jìn)SNAPP的俯仰控制和橫搖控制，從而讓其在動(dòng)蕩的水下環(huán)境中更加機(jī)動(dòng)。

此外，他們還將給其增加識(shí)別能力相通信設(shè)備，以便主動(dòng)找到受害人。最后，會(huì)通過(guò)特別方法，以便在救援時(shí)像人工救生員那樣，將失去知覺(jué)的受害者抬起來(lái)，并把他們帶回安全地點(diǎn)。

薩德表示，SNAPP還在持續(xù)更新中，并將于今年九月更新最新技術(shù)細(xì)節(jié)。（摘自關(guān)《深科技》）（編輯/多洛米）