美發明新型機器魚 有望爭霸未來水世界(圖)

美發明新型機器魚 有望爭霸未來水世界(圖)
2008-06-12 18:42:21
新浪科技訊 北京時間6月13日消息，據美國廣播公司報道，美國科學家最近以自然界中的魚為基礎，設計了一款能在水中游動最新電動機械裝置----機器魚。 　　科學家和工程師並沒有完全複制真魚的自然特征，只是借用了其中最有特點的一部分。華盛頓大學航空航天系副教授克麗斯蒂‧摩根森將這稱作“生物啟發”。摩根森在接受採訪時表示，在大學生時代，她就一直在研究“仿生運動”，獲得博士學位後，開始為“自己一直從事的研究進行有趣的應用試驗。”事情一件接著一件，現在她的魚缸里有三條機器魚，它們能做某些工程師認為根本不可能做的事。它們能彼此“對話”，呆在水下，甚至能調整自己的動作，例如游到一起或分散開來。 　　這個成就可不小，因為其他人研制的遙控魚必須不時浮到水面，當然，不是像真魚一樣需要氧氣，而是為了浮出水面發送它們的數據，接收新命令。摩根森的機器魚可以在水下利用聽覺信號彼此交流，並通過壓力波傳輸數據。她也是從自然界獲得創作靈感的。她與漁業科學家朱麗婭‧帕里什合作，研究真實世界里的魚類是如何彼此交流。這項研究最終使她擁有了自己的機器動物園，不過該動物園僅有三條機器魚組成，每條大小像一條10磅重的鮭魚。因為她的房間不夠大，不然她將建立一個更大的機械動物園。她表示，有一天她的魚群將增加到數百條，它們能被派遣到遙遠的地方，用來監控環境污染情況，在海底火山上留下標記，當然也能跟蹤敵方潛艇。 　　她的機器魚只能下沉大約8英尺，這是她的實驗室水池的深度。真正應用到現實生活中時，這些魚必須能潛入更深，要達到這個目的是個不小的挑戰。另外，機器魚不能漏電，一條漏電的機器魚很快就會成為一條死魚。雖然一些其他研究人員已經制作出逼真的機器魚，但是她的發明看上去並不像一條真魚。不過它們工作起來像條真魚，這些魚不是利用推進器前進，因為這種方法容易產生噪音、效率低，並且容易與雜草和繩子纏結在一起。摩根森的魚是借助鰭前後擺動產生的推力前行的。它們模仿了敏捷的金槍魚等，在後面三分之一的身體快速運動時，前面三分之二的身體仍然保持筆直狀態。摩根森說：“從工程學觀點來說，模仿金槍魚的運動方式很有好處，因為你可以將所有電子和材料塞進一個堅硬的外殼內，不用擔心它的柔韌性。工程師很難解決這個柔韌性問題。” 　　她的機器魚會按順序展開“對話”。她說：“當輪到一條魚‘發言’時，它將發出一種信號，顯示交流方式、時間和日期。這些信號可能還包括它所在的位置或它們要追蹤的一些物體的信息。信息發出後，任何距離足夠近，能接收到相關信號的魚都會對這些數據進行解碼，並利用它。而且它們是依次做這些事情。”這個過程確保摩根森的機器魚能完成一些看似非常簡單的任務。它們既能游到一起，又能游向不同方向。因此，雖然這項技術並不完美，但是它已近取得了很大進步。這些魚還能完成一些跟蹤任務。她表示，為了擴大它們的應用範圍，未來她的魚群中將包括具有不同能力的不同種類的魚。這個魚群將增加到數百條，但是隨著數量增加，一些問題也變得越來越突出。摩根森說：“它們收集數據所用時間將會更長，因為它們需要交換更多信息。這將對機器魚的可行性產生限制。”它們將需要比現在利用的普通電池更好的能量來源。 　　為了獲取更多信息，她將重新回到自然。摩根森和她的同事訓練一些活魚，讓它們對刺激物起反應，游向覓食區。結果顯示，沒必要所有魚都知道需要做什麼。一些魚顯然是領導者，其他魚是追隨者，因此，只要有少數魚知道是前往覓食處的時間了，所有魚都會跟著這麼做。她說：“這暗示了群體的交流方式。只要一條魚發出信號，所有魚都會仿照它的樣子做。”她的機器魚的大部分做法都與上述說法相符。一些魚只接收到一半數據，但是它們仍能完成游到一起或分散開來的任務。 　　摩根森和她的學生在接下來的兩周內將讓這些機器魚執行挑戰性更大的任務。他們將要求這些魚追蹤一只遙控玩具鯊魚。這將對它們的追蹤能力進行適當測試。開始的試驗確實非常適度，因為摩根森實驗室內的水池大小非常有限。摩根森說：“我們或許沒有那麼多空間進行研究，這也是我們為什麼只有3條機器魚的原因。我們將設法利用華盛頓大學的游泳池進行試驗。”她還打算在附近的華盛頓湖里試試運氣。她說：“我們知道我們能讓它們潛到8英尺深的水下，但是並沒有試驗已經証明它們能潛入更深。而這個湖非常非常深。這些機器魚非常昂貴、很難被取代，因此我們不希望有一條丟失。”不過毫無疑問，有一天海洋將變成它們的樂園。(孝文） http://www.nfdaily.cn/international/int_compositive/content/2008-06/13/content_4434891.htm 美国科学家近期研制出一种仿生“机器鱼”。尽管它们外形并不像真正的鱼类而是设计精巧的机械装置，却能像鱼一样游泳和活动。 美国全国广播公司网站11日报道，华盛顿大学的克里斯蒂·摩根森是航空航天系助教，由她领导的科研团队成功制造出一种仿生机器鱼。它们外形虽然不同于真正的鱼类，却能够像鱼一样游泳和活动。 之前的水下机械设备多用螺旋桨作为推动力，不仅噪音大、效率低，还容易被水藻和船舶绳索缠住，导致其无法前进。这种机械鱼的动力装置却跟真的鱼一样，是前后划水的“鱼鳍”，因而克服了螺旋桨的种种弊端。 目前，摩根森团队已经制造出3条机器鱼，它们目前都“生活”在实验室的水池中。之前研制出的机器鱼每隔一段时间必须浮出水面一次，以便收发新的信息，就像鱼儿浮出面呼吸氧气那样。而摩根森的机器鱼能够在水下发出电子信号，通过压力波完成相互间的数据传输。所以，它们能够在水下相互交流，甚至可以共同完成一些动作，例如集合和解散。 摩根森相信，机器鱼能够征服未来水世界。她说，未来的某一天，她的团队会生产出数以百计的机器鱼。它们细分为不同的种类，随着功能不断扩展，它们能够完成不同的任务。到时，机器鱼将被派往水世界的各个角落执行任务，监测水污染和海底火山活动，甚至能够跟踪敌人的潜艇。 ■科技述评 研制灵感源于大自然 摩根森在一次电视采访中说，她研制机器鱼是受了大自然的启发，她称之为“生物启发”。她从大自然这个最高明的造物主那里借用了最精妙的成果。 她的机器鱼以各种鱼类为范本研制而成。其中最主要的是身手敏捷的金枪鱼。它们游动的时候，身体前半部分保持不动，仅仅依靠身体后部产生动力。 为了使机器鱼能够像真正的鱼类那样在水下进行交流，摩根森与鱼类学家朱莉娅·帕里什一起，对鱼类的交流方式做了认真细致的研究，才最终用压力波解决了这一问题。摩根森的团队研发的机器鱼在接受到指令的情况下，能够在水下相互交流，完成集合、解散之类的任务。 不过，摩根森和她的团队还要克服很多问题。首先，受到实验水池的局限，目前为止，机器鱼潜游过的最深水深仅为8英尺（约合2.5米），超过这个深度，它就会渗水甚至破裂，以致完全不能工作。其次，要让机器鱼在更深的水下工作，必须为它们配备更好的动力装置，而不是现在所使用的电池。另外，目前的机器鱼搜索目标需要花费较长的时间，因为这需要进行比较复杂的信息交换，计算机运行速度局限了机器鱼的活动能力。