实验室内○◆□,红☆▼、白两色的水母在水缸中自由移动,而旁边的仿生水母机器人几乎与水中环境融为一体,如果不仔细看很难察觉■••。
这款直径仅120毫米▷★▪、重量56克的微型机器人,是西北工业大学机电学院陶凯教授团队自主研制的仿生水母机器人。机器人凭借近乎透明的躯体和仿水母肌肉结构,精准模拟了水母利用涡环推进的灵动姿态□,在水下实现高效且近乎无声的静默运行。
海水的平均密度远高于空气,物体在海水中移动十分困难。传统机器人进行海底探测时☆•-,不仅耗能巨大,还会扰动起海底沉积物▽,干扰探测作业○▽▲。“如何成为海洋中纯粹的观察者,而非干扰者▷○◇?这是深海探索的难题之一。”陶凯说,“仿生水母机器人正是面向深海作业智能化这一国家重大需求,融合仿生学与人工智能的攻关成果。”
作为最古老的生物之一,水母在地球上生活了数亿年,从千米深海到近海潮间区、从极地冰层到热带珊瑚礁,都有它们的身影,是经自然严选的海洋适应高手。陶凯介绍•,水母身体95%以上由水构成○•◆,能实现低能耗悬浮与静音移动,这正是深海观测设备急需的特性=▪。基于此,团队开启了以水母为原型的仿生研发之路•★。
仿生水母机器人采用极致的仿生设计▲●★:以水凝胶为电极材料,通过静电液压驱动结构,使机器人含水量达到90%以上,从形态到材质都高度贴近真水母。
“离开水体后○■,它的透明驱动结构更直观•=◇。-”陶凯将机器人从水缸中取出,其机身全透明,并搭载了电路板…▪☆、集成微摄像头模组以及嵌入式人工智能处理芯片•=。“这些脚蹼通过收缩舒张制造水流,实现推进与悬浮,全程几乎无声、无明显扰动。”陶凯解释,这种设计让机器人在深海中如同“隐身☆△”,可避免对海洋生物与环境造成干扰△◇•。
在静态测试中★□▷,工作人员启动机器人的摄像模组□-,它迅速锁定水缸内的静置瓶盖,屏幕上实时出现红框标注与置信度数值。
更具挑战的是动态测试▲●:水缸内游动的小丑鱼进入机器人视野,红框立即锁定并全程跟随,即便小鱼穿梭于其他鱼类间也未出现跟踪丢失。“只要目标与其他物体存在差异,机器人就能实现动态捕捉。”陶凯说,这一能力可满足深海中对游动生物的观测需求。
“这款仿生水母机器人不仅是观察者□●□,更是数据采集者◇☆。”陶凯介绍,目前,它可搭载盐度、深度、温度等监测模块,用于珊瑚礁健康观测★-☆;在渔业养殖中,能实时监测水体环境,为养殖安全提供数据支撑。
○“未来▲△○,它还可拓展至深海资源勘探、海洋生态调查等领域,让科技以更‘温柔’的方式探索蓝色宝库。”陶凯说。
陶凯团队所在的■“空天微纳系统教育部重点实验室”是国内较早开展微机电系统研究的单位之一★,面向航空•、航天、航海,致力于实现装备的微型化、集成化、信息化◆…,2024年入选国家级创新团队……■。
正如团队口号——“以自然为师,让科技静默前行”,这款仿生水母机器人正以向自然学习的创新思路,为人类与海洋的和谐对话搭建起新桥梁。
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