點擊藍字

關注我們

AI TIME歡迎每一位AI愛好者的加入！

5月30日，由智譜AI支持，北京市科委、中關村管委會科普專項經費資助的系列欄目“科普大佬說”第二期于AI TIME 開講，本次講座邀請了來自北京大學工學院教授謝廣明老師。

? 研究背景之一??

人類已經進入了信息技術時代 信息技術對人類社會的政治、 軍事、 經濟、 文化乃至對普通人的工作、 生活方式的影響越來越大。

對信息技術發展可以進一步細分，最先廣泛應用模擬信號技術，標志性產品是電視機和錄像機等，然后是第一波數字信號技術浪潮，標志性產品是個人電腦，之后緊接著是第二波數字信號浪潮，標志性產品是互聯網和移動數字消費。

進入21世紀以后，新的技術浪潮就是機器人。所謂未來以來，人類已經進入了機器人時代。比爾蓋茨也曾預言，機器人帶給人類社會的改變絲毫不遜于電腦過去30年來的影響。“機器換人”已經成為一場靜悄悄的社會變革。

? 研究背景之二??

黨的十八大以來，“建設海洋強國”成為國家重大戰略需求，是實現中華民族偉大復興的重要組成部分。海洋機器人是實現海洋強國夢想的關鍵核心裝備。

水下作業環境機器惡劣復雜，發展水下機器人協同技術可以作為有效應對方案，具有重要科學意義和廣泛應用前景。

仿生水下機器人

美國MIT在1994年就研制出世界上首條仿金槍魚潛水器。

如今各種水下生物都成為仿生對象，各種仿生水下機器人原理樣機層出不窮。

仿生機器魚

●?仿生機器魚，參照魚類游動的推進機理，利用機械、電子元器件或智能材料來實現水下推動的運動裝置。

●?高效率、高機動性、高隱身性、低噪聲、高適應性

? 面臨的挑戰??

●?多學科交叉問題：魚類游動方式包含著生物學和流體力學機理，仿生學，新材料，控制，微小型技術，群體行為學等...

●?理論方法問題：如非定常流體力學，材料科學，動態網格技術，水洞實驗...

●?仿魚機器人技術——機構建模與仿真，高效驅動裝置，智能控制與決策，群體行為控制

? 一種典型的仿魚水下推進系統設計與控制??

我們發現魚尾的擺動可以給水一個向后的推力，同時水也可以給魚一個向前的反作用力，這就是魚類在水中前進的基本原理。人們也仿照這個原理在機械中進行實現。

這是北京大學的部分仿生水下機器人樣機，曾先后成功在南北極由科考人員下水試驗。

? 仿生運動研究??

以箱鲀魚為仿生對象

●?外形具有自穩定性

●?內部可利用空間大

●?高機動性

我們仿生實現了機器箱鲀的很多仿生運動行為，如倒游、翻滾運動、后空翻和垂直旋轉等。

? 仿生感知研究??

側線是魚體特有的感受水流信息的器官，一般分布在身體兩側和面部。

側線在魚類行為發揮重要作用：

●?趨流行為

●?避障行為

●?獵物定位

●?魚群形成

●?從渦街中捕獲能量

感知機器魚自身狀態：

機器魚自由游動下，仿生側線可對機器魚速度進行估計。

魚在水中游動的同時，側線就會記錄下變化的數據。通過數據的收集，我們可以求出魚在水中的游速。之后，我們甚至可以估計出魚類在水中游動的軌跡。

感知鄰居機器魚狀態

側線研究激勵源往往是恒定水流、偶極子振蕩源或卡門渦街。而在魚群或多機器魚編隊行為中，個體周圍渦街多是反卡門渦街。我們研究振蕩源為反卡門渦街時，側線對鄰居狀態感知。

渦街顯示實驗確定尾鰭擺動是否產生穩定反卡門渦街，渦街寬度及有效距離等參數。

? 仿生通信研究??

生物電場通信：自然界有種魚類可以通過發射和接收微弱電場信號進行信息交互。

受此啟發，設計了仿生電場通信系統，實現了一種新的水下通信方式。

個體層面的仿生

●?運動能力

●?感知能力

●?通信能力

然而，現實告訴我們僅靠個體仿生是很難幫助我們解決絕大多數問題的，我們不得不轉向對群體仿生的研究——如機器魚的集群協作編隊，依據的原理就是魚類集群協作來對抗天敵。

群體層面的仿生

將魚類集群協作的原理應用到機器魚之上，也是人工智能的一個重要方向——群體智能。

這些研究，無論是個體仿生還是群體仿生，我們的創新方式都是師法自然，向自然學習，將大自然的法則融入到工程裝備之中，提升了人造系統的性能。

? 小結??

●?人類已經進入機器人時代

●?仿生水下機器人技術蓬勃發展

●?水下機器人應用前景廣闊

整理：林? ?則

作者：謝廣明

往期精彩文章推薦

記得關注我們呀！每天都有新知識！

?關于AI TIME?

AI TIME源起于2019年，旨在發揚科學思辨精神，邀請各界人士對人工智能理論、算法和場景應用的本質問題進行探索，加強思想碰撞，鏈接全球AI學者、行業專家和愛好者，希望以辯論的形式，探討人工智能和人類未來之間的矛盾，探索人工智能領域的未來。

迄今為止，AI TIME已經邀請了600多位海內外講者，舉辦了逾300場活動，超210萬人次觀看。

我知道你

在看

哦

~

點擊 閱讀原文?查看回放！

總結

以上是生活随笔為你收集整理的「科普大佬说」 智能仿生机器鱼的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。