散步未名湖边,你可能很少注意
倏尔远逝、往来翕忽的鱼群里
有几只特殊的小鱼
它们的速度明显慢于同伴们
掂在手中,会发现它们并非血肉之躯
而由冰凉的零件组成
这就是北京大学工学院谢广明教授
二十年研究的缩影——
一群精心“养育”的机器鱼“未名湖是个海洋”
谢广明团队在这里定期遛鱼、测试性能使这群机器鱼不仅可以像真鱼一样在水下游动、感知环境、相互交流还游出未名湖,游向了真正的大海——
机器鱼曾经前往北极、南极两度参加科考
能“上天”却未必能“下海”
为什么我们需要水下机器人?
为了捕捞。一方面是可以满足人们对海鲜的需求,另一方面,军事演习中不慎掉进海里的危险品或是各种飞机残骸等,都必须要捞出。但人类在水下作业的难度极大,这时候就需要水下机器人出场了。
这也是谢广明研究的初心。
为什么要做得像鱼一样?
地球是个水球,70%被水覆盖。这个水世界的主宰是谁呢?其实是鱼类,是鱼最适应水环境。生物学家研究指出,鱼至少在4亿年前就出现了。经过不断的淘汰,到现在我们人类命名的鱼也超过了3万多种,而且还不断有新的物种被发现。
就像人类想要“上天”,从鸟开始学起,最后造出飞机。当我们想要“下海”,也会向海底的“原住民们”请教,它们的游动效率比螺旋桨推动高许多,并且有很好的机动性,能够灵活地在障碍物中穿梭自如。当然,也更容易混进鱼群中,免遭“侧目”。经过亿万年的进化,这些特性使得它们非常适应水下的恶劣环境。
“下海”为什么比“登天”还难?
地球上最深的海沟是马里亚纳海沟,海深约1万米,能够抵达的人类可能最多只有两位数,更别说机器人了。
对比之下,飞机可以载我们飞向万米高空,宇航员可以在空间站生活半年之久,甚至38万公里远的月球人类也征服了。可见与人类习惯的大气环境相比,水下环境制约更多。
制作一条机器鱼需要三步:找到模仿对象——设计构造——反复应用调试。
谢广明和他的团队发现了一种叫箱鲀的鱼,它生活在珊瑚礁里,有相当独特的外形优势——内凹型脸颊和发达的鳍肢,可以既稳定又灵活地游动。
于是,他们开始围绕箱鲀,从造型到内部结构,包括硬件和电路,都一一设计好。最终,3D打印机吐出了内凹的外壳,再加以精心计算过后的组装,一条电子箱鲀就能在水里游动了。要保证机器鱼游起来像鱼,而不只是外壳像鱼,离不开反复的测试。实验室的小水池,顶多两三米大,根本游不开,一些性能测不了。谢广明笑言:“刚好我们比较幸运,北大有个未名湖,我们就把这个鱼扔到未名湖里游一游。”现在,去未名湖遛鱼成为了实验室的一个保留节目。
有一首歌叫作《未名湖是个海洋》,可能是一些北大人创作的一个校园歌曲,我们其实也希望我们的鱼能够游到真正的海洋。很快,我们的愿望就实现了。
2012年,我们这个鱼游到了北极。又过了两年,我们的鱼成功实现了南极的首航。当然了,有点小遗憾。这鱼虽然是游了,不是我亲自带着去的。因为这是国家科考的行动,是委托科考队员把鱼带过去。所以说是我的机器鱼代我去征服了世界的两极。
未来还在继续
海洋仍以其温柔的、宽厚的怀抱
滋养着、教育着人类
我们借助机器鱼的身体
“看”到海底,甚至畅游海底
美丽的珊瑚礁、黢黑的海沟
未知的生物
……
有太多的秘密,等待着我们
这也是谢广明的“机器鱼”梦想