2008 年 12 月 5 日第 63 届联合国大会通过了第 111 号决议。自 2009 年起,每年的 6 月 8 日就被定为了“世界海洋日”。2023 年 6 月 8 日是第 15 个世界海洋日,主题为“保护海洋生态系统,人与自然和谐共生”。
我们生活在这颗美丽的蓝色星球上,表面70%都被海洋覆盖,占到总水量的97%。海洋像是母亲,孕育着地球上生命的奇迹,在海里有从微不可见的浮游生物到遮天蔽日的鲸鱼,色彩缤纷的珊瑚间穿梭着成群的小鱼;在陆上的生物也绝离不开海洋,作为一个巨大的洋流系统,海洋循环养分、调节温度和气候、维持着地球的水循环。
作为人类,我们早就认识到海洋的价值,人们从海里拿走食物、获得灵感,人们依靠海洋进行运输,甚至发展出了独特的海洋文明。然而随着社会以惊人的速度发展,海洋问题愈发凸显。污染、过度捕捞、栖息地破坏、和海洋酸化等等严峻的环境挑战,需要我们密切关注并采取行动。关注我们赖以生存的海洋,就是关注我们自身。
仿生学是一种模仿自然界生物体形态、功能和运动方式的学科,从机器人到影像技术,从体育运动到建筑学,仿生技术都随处可见。仿生鱼学习了水中鱼儿的智慧,其外形和运动方式与真正的鱼类非常相似。它们可以在水中像真正的鱼一样游动,因而继承了很多鱼类的特性优势。要想了解仿生鱼的能做些什么,不妨先从它的优势说起。
博雅工道仿生金龙鱼 BG-5
仿生鱼的优势
隐蔽
仿生鱼在形态、物理特性、动力机能和运动行为等方面与真正的鱼类非常相似。这使它获得了第一个优势——良好的隐蔽性,鱼类会把其视作同类,不会受到惊扰,人类也会把其视作一条普通的鱼。
湖中的鱼跟随仿生机器鱼 BIKI 游动
低噪音
传统的螺旋桨推进的水下机器人在行进时会发出较大的噪音,同时也会扰乱水流,这无疑会在某种程度上影响到水中的自然环境;而仿生鱼行进时,噪音非常小,其游动方式自然流畅,不会对水下生态环境带来负面影响。
高机动性
鱼类自身的机动性比传统螺旋桨驱动的机器人要高出许多,鱼类启动时的加速度可以达到50倍重力加速度,转弯时,鱼类的转弯半径只有体长的10%~30%,而普通螺旋桨推进系统要达到体长的3~5倍。仿生鱼学习了这些特性,具有突出的机动性能,在水下行动不受限制。
仿生金龙鱼 BG-5 在水中自主避障、快速转弯
团队协作
除了模仿单条鱼,仿生鱼还可以学习鱼群的合作能力。从水动力学来看,鱼在水中集群游泳可以节省个体鱼的能量消耗,同时鱼类之间还能交换信息,增强效率。
海洋中的鱼常会形成鱼群
仿生鱼的用途
生态保护
人类建设水利设施的时候会发生更改鱼类洄游路线的情况。平常单独生活的鱼在洄游时也集结成群一同洄游。由于人类开发水域,鱼儿的洄游路线发生改变可能使鱼群“走丢”。
仿生机器鱼以假乱真的特性可以引导鱼群到人工开发的洄游道上,让鱼儿顺利洄游,维护生态环境。
洄游的鱼群
环保监测
仿生鱼可以用于监测海洋的方方面面,帮助人们进行水下环境调查。
仿生鱼亦可以用于研究海洋中不同区域物种的数量、分布和行为,以及其中隐含的生态条件,为保护生物多样性做出贡献。
博雅工道仿生鲨鱼BS-100
科学研究
人们可以利用仿生鱼在海底绘制出三维水下地形图,且不被鱼群注意到,这项技术可以在海洋生态的研究中发挥作用。
除此之外,仿生鱼可以应用于机器学习、协同控制和多智能体协调等领域,在未来将为机器人技术的进一步发展做出贡献。
仿生鱼模仿鱼群进行协作
隐蔽搜索
由于仿生鱼具有高度仿真鱼类的外形和游动方式,因此不易被雷达声呐等设备探测到,能够实现有效的隐蔽搜索、侦察。
大型的仿生鱼还可以搭载各种传感器如声纳、激光雷达、磁力计等设备,完成水下搜索定位,帮助人们搜寻海底的沉船、飞机、导弹残骸,保护海洋生态平衡。
展览展示
近两年海洋馆几次成为争议话题,人们开始思考让大型海洋生物居住在人类建造的水缸是否合理,思考动物表演是否道德。
逼真的仿生鱼可以和真鱼一起在海洋馆等场所进行展览展示,甚至可以替代真鱼去完成水下表演。
博雅工道仿生鲨鱼 BS-100
仿生鱼应用场景广阔,世界各地对它的研究也还未停止。相信在未来,我们会看到更加多种多样的仿生鱼,给人类以便利,给自然以回报。