可“搭便车”的仿生机器鮣鱼诞生 用于海洋研究

近几年来，海底AI革命的火热爆发促使国内外出现各式各样的水下仿生机器人，它们在海洋世界里各显神通。著名纪录片《动物世界》曾拍摄到一种海洋生物——被称为“吸盘鱼”的䲟鱼，它凭借嘴部的吸盘可吸附在鲸类、鲨鱼和海龟的腹部，即使宿主快速游动，䲟鱼还是能牢牢地附着而不脱落。

然而，在观看纪录片之际，我们并没有想到它居然会成为今天䲟鱼仿生机器人的模板。近日，由北京航空航天大学、哈佛大学和波士顿大学联合启动了一项科研项目，利用3D打印技术制作䲟鱼仿生机器人，来帮助对海洋生物的研究。最近一期的《科学·机器人学》（Science Robotics）杂志封面刊登报道了相关研究成果。

目前，水下机器人的研发存在一个难题——它很难在水里实现自主抓取的任务。而以䲟鱼为模板的水下仿生机器人，它为解决这个难题打开了新的思路，因为它通过顺势吸附的行动去完成抓取。

䲟鱼仿生机器人的构造

这款水下机器人具备䲟鱼与吸盘两部分，研究团队利用3D打印和激光切割技术设计出这款仿生机器人。其中，最精巧复杂的部分就是鱼头部位的吸盘。鱼头部吸盘由三部分组成：吸盘外周的唇圈，由柔性的肌原纤维组成，主要产生负压；吸盘内部的硬质鳍片结构，外表包裹厚度约500微米的软组织，可由肌肉驱动产生法向微动；鳍片上的锥状小刺结构，底部直径约200微米，顶端为1-5微米。其内部有2000个微型的小刺，按照附着面凹进或凸起从而令吸盘能吸附在各种海洋生物的体表。

课题组和哈佛大学Robert Wood实验室一起攻关，借助高精度激光加工技术，加工出了尺度、形状都和真实䲟鱼结构高度近似的硬质小刺，并嵌入到复合材料的样机鳍片中。

除此之外，为了让䲟鱼仿生机器人在水里动起来，课题组还制作了轻量化、防水的纤维增强软体直线驱动器，实现了䲟鱼吸盘内部鳍片的微动，其幅度约为150微米。

课题组做出的仿生䲟鱼软体吸盘机器人样机，能在光滑表面产生相当于自重约340倍、粗糙表面上自重约100倍的吸附力。

在鮣鱼仿生机器人研发成功之前，文力教授曾经带领团队研发“软体章鱼触手机器人”。今年3月，北航ITR软体机器人实验室与国际著名机器人与自动化公司FESTO合作研制的“软体章鱼触手机器人”发布，并在汉诺威工业展上获得了德国总理默克尔的青睐。这种机器人能为不同形状、大小的物体完成安全无损和有力的抓取，突破了刚性机器人的部分先天缺陷。

水下仿生机器人应用前景广阔

主导研发这项仿生机器人的文力教授表示，“这种‘搭便车’行为最大的优点，就是能有效减少运动消耗的能量。”

“通过将仿生样机集成到水下机器人上，实现类似 鱼的游动-吸附-脱离。这项研究工作不但从生物力学角度揭示 鱼的吸附机制，同时为未来的低功耗水下仿生软体机器人、水下吸附装置提供了新的思路。”文力教授说道，基于生物体机制，这种机器人虽然吸附力可观，却不会对吸附表面造成破坏。此项应用在军民领域都有良好的应用前景，如国防科技、水下救援、海洋生态检测等方面，可发挥重要作用。

水下仿生机器人，仿佛是人类探索未知海洋领域的另一双手臂。由于水下机器人的工作区是在水域内，所以市面上的产品也基本都是采用仿生技术设计。水下机器人由于具有高效的推进性能、良好的隐身性能以及操纵性能，有着广阔的应用前景。

民用方面，它能够应用于海洋环境研究、海洋资源探测及开发、海洋援潜救生等，也可以作为电子宠物或智能玩具进入人们家庭。

军用方面，可用于战时侦察、收集情报、潜艇战与反潜战，同时也可以作为高性能的智能化武器或武器平台，直接用于袭击和破坏敌军的港口、水下侦察系统、舰船、破坏敌方海上运输线等。

除此之外，水下仿生机器人作为一种新兴的水下运载器，为机械、电子、材料、能源等硬件的研制以及单机器鱼控制算法、多机器鱼协调控制等软件的开发提供了全新的平台。