知识就是力量杂志|揭秘史上最帅仿生海洋机器人RoboShark
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Bionic Robot
仿生海洋机器人
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人类对海洋的探索从未间断过 ， 随着探索的逐步深入 ， 受深海中潜藏的危险以及人体机能上限等因素的限制 ， 人类已无法完全靠自身完成更多的探索任务了 。 在这种情况下 ， 海洋机器人应运而生 。
仿生海洋机器人&传统海洋机器人
海洋机器人也被称为水下机器人、遥控无人潜水器 ， 主要用于代替人类进入海洋更深的区域进行探索 ， 从20世纪60年代开始至今 ， 逐渐成为探索海洋的重要工具 。 海洋机器人在多个领域都发挥了很高的应用价值 ， 比如在海洋科考方面 ， 可完成包括海洋勘探、水质监测、生物研究、海洋测绘等任务；在水下作业方面 ， 可完成包括海底管道检测、大坝巡检等保障任务；在军事方面 ， 可用于海上战场抵近侦察、目标搜救、战场监视及海域反潜巡航打击等任务 。 根据外形 ， 海洋机器人可分为传统海洋机器人和仿生海洋机器人两种 。
常用的传统海洋机器人包括缆控海洋机器人和无缆遥控海洋机器人 ， 绝大多数采用螺旋桨作为动力来源 ， 这种驱动方式易被水草沙石干扰 ， 且功耗大、效率低、噪声大、不够灵活 ， 对海洋生物也极不友好 。
仿生海洋机器人则弥补了传统海洋机器人的劣势 ， 其设计多以鱼类为原型 。 鱼类作为自然界中最早出现的脊椎动物 ， 经过几亿年的自然选择 ， 进化出了非凡的水中运动能力 ， 其推进方式和效率远高于人类现有的航海科技 。 仿生海洋机器人将鱼类的推进机理和机器人技术充分融合 ， 大大提升了海洋探索的效率 。
解构仿生鲨鱼机器人
我们今天要介绍的仿生鲨鱼机器人RoboShark ， 以仿生尾鳍作为唯一动力源 ， 推进效率高达80% ， 较传统螺旋桨推进方式 ， 可以很大程度提高续航时间 。 同时 ， RoboShark模拟鲨鱼的外形与游动方式 ， 对海洋环境十分友好 ， 且噪声低、对环境扰动小 ， 结合吸音材料外壳 ， 几乎不干扰水体环境 。 甚至 ， 海洋生物有可能会将仿生鲨鱼当成真实鲨鱼一样对待 。
RoboShark曾在山东省青岛市附近海域执行水文信息采集任务 ， 勘测人员使用它在港口周边海域进行勘测 ， 获取水中画面、水温及流体信息等 。 同时 ， 利用RoboShark的侧向声呐 ， 完成对码头结构的成像及分析 。
接下来 ， 我们就一起来看看 ， 这只“鲨鱼”身上有哪些奥秘 。
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知识链接
“卡门涡街”理论是著名科学家冯?卡门提出的 ， 他发现水流在经过圆柱体的时候 ， 如果速度足够快 ， 水流的流动方向就不再是竖直向后的了 ， 而是形成两排漩涡 ， 两排漩涡之间的部分便叫作涡街 。 这两排漩涡会对运动的物体产生阻力 。 而鱼摆动尾鳍的运动模式 ， 会让身后的水形成“反卡门涡街” ， 产生对鱼的推力 ， 鱼游动时就会很省力 。 机器人在设计时参照了这一运动模式 ， 大大提升了机器人的推进效率 。
作者/叶芳
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