'Tunabot'揭开 - 第一个机器人鱼，以跟上金枪鱼[视频]

开发高频实验平台探索游泳鱼的性能空间。

为了更好地了解鱼类如何移动，研究人员最终可能会为载人和无人水下车辆提供更快，更有效的推进系统。

乌瓦工程研究科学家建中“乔”朱组装机器人鱼，灵感来自于黄鳍金枪鱼，在机械和航空工程系中的Hilary Bart-Smith的实验室，而博士。学生Carl White分析来自他们最近的鱼类的数据。

弗吉尼亚大学工程学院的机械工程师，与来自哈佛大学的生物学家合作，创造了验证的第一个机器人鱼，以模仿现场黄鳍金枪鱼的速度和运动。

他们的同行评审纸，“金枪鱼机器人：探索游泳鱼的性能空间的高频实验平台”，于2019年9月18日发表于科学机器人，科学杂志中致力于机器人科学和工程技术进步。

由Hilary Bart-Smith领导，乌瓦工程机械和航空航天工程系教授，机器人金枪鱼工程诞生于五年，720万美元的多学科大学研究举措，美国海军研究办公室颁发了巴特 - 史密斯学习快速，高效地游泳不同的鱼类。Bart-Smith项目的目的是更好地了解鱼类推进的物理，最终能够通过鱼类系统的开发，这些研究最终能够更好地推送下一代水下车辆的开发。

UVA工程研究员建中“乔”朱拥有曲目，是一种模仿活黄金金枪鱼速度和运动学的水上机器人。

水下机器人在一系列应用中也可用，例如防御，海洋资源勘探，基础设施检验和娱乐。

在生物启发的推进系统之前，对于载人和无人驾驶车辆的公共和商业用途来说，可以对公共和商业用途可行，但研究人员必须能够可靠地了解鱼类和其他生物如何通过水。

“我们的目标不仅仅是建立一个机器人。我们真的想了解生物游泳的科学，“Bart-Smith说。“我们的目标是建立一些我们可以在制造生物游泳者如此快捷和高效的原因中测试假设。”

高速摄像机记录的曲目数据显示了UVA工程的水生动物机器人的流体动作，每次横扫其塑料尾巴。

该团队首先需要研究高性能游泳运动员的生物学。哈佛生物学教授乔治V.劳德和他的研究人员团队精确地测量了黄鳍金枪鱼和鲭鱼的游泳动态。使用该数据，BART-SMITH和她的团队，研究科学家Jianzhong“Joe”Zhu和Ph.D.学生Carl White，建造了一个不仅像水下鱼一样移动的机器人，但击败其尾巴足够快，以达到几乎等同的速度。

然后他们将他们命名为“Tunabot”的机器人与现场标本进行比较。

“鱼机器人有很多论文，但大多数人都没有太多的生物数据。所以我认为这篇论文在机器人工作的质量和生物数据结合在一起的一篇论文中是独一无二的，“劳德说。

“与我们在论文中展示的结果是如此奇妙的是生物学和机器人平台之间的相似之处，而不仅仅是在游泳运动学方面，而且在速度和尾脉冲频率和能量性能之间的关系方面“Bart-Smith说。“这些比较使我们对我们的平台的信心及其帮助我们更多地了解生物游泳物理学的能力。”

该团队的工作在自治系统中的UVA工程的优势上建立。机械和航空航天工程系是乌瓦工程联系实验室的参与者，用于网络物理系统，专注于智能城市，智能健康和自治系统，包括自动车辆。

曲折项目是巴特 - 史密斯第二次，竞争激烈的多学科大学研究倡议的海军研究局长; 2008年，Bart-Smith获得了650万美元的奖励，以开发在蝠Ray上建模的水下机器人。

Tunabot的测试在UVA工程机械工程建筑的一个大型实验室中，在一个房间占房间的流量坦克，以及在类似设施的哈佛大学。无线的，无翅膀的复制品大约10英寸;生物等同物可以长达7英尺长。钓线系绳保持机器人稳定，而绿色激光灯切断塑料鱼中线。激光测量机器人的流体运动，每次扫描其制造的尾巴。随着流动箱中的水流的速度加速，曲目的尾巴和全身以快速的弯曲模式移动，类似于活黄金金枪鱼游泳的方式。

弗吉尼亚大学工程研究人员与哈佛大学生物学家合作，在哈佛大学流动坦克测试曲目。

“我们在鱼类机器人文学中看到了，到目前为止还有其他伟大的系统制作，但数据在测量选择和演示方面往往不一致。它只是目前机器人领域的现状。我们关于曲目的论文是显着的，因为我们的综合性能数据使得棒极高，“白人说。

劳格说，生物学与机器人之间的关系是圆形的。“我认为我们在这一领域有一个成功的研究计划的一个原因是因为生物学家和机器人之间的良好互动。”一个分支中的每个发现都通知另一个教育反馈循环，不断推进科学和工程。

“我们不认为生物学已经发展到了最好的解决方案，”巴特 - 史密斯说。“这些鱼类已经长时间地发展到一种解决方案，使他们能够生存，特别是吃，繁殖并且不被吃掉。无限制的这些要求，我们可以完全关注促进更高的性能，更高速度，更高效率的机制和功能。我们的终极目标是超越生物学。我们怎样才能建立一个看起来像生物学的东西，但游泳比你在海中看到的任何东西都更快？

“参考：“金枪鱼机器人：探索游泳鱼的性能空间的高频实验平台“由J.Zhu，C. White，D.K.Wakwright，V.IDSanto，G.劳德2和H. Bart-Smith，2019年9月18日，科学机器人.DOI：
10.1126 / scirobotics.AAX4615

图片：海波东/弗吉尼亚大学