來自黑魔鬼刀魚的新奇仿生學(xué)

黑魔鬼刀魚（Apteronotus albifrons），是一種產(chǎn)于南美亞馬遜流域的熱帶觀賞魚。這種新奇的熱帶魚沒有背鰭，它的腹鰭與臀鰭相連呈波浪型，游動時(shí)十分有趣。更令人驚奇的是，它依靠自身體內(nèi)產(chǎn)生的微弱電流來感知周圍的環(huán)境。如此奇異的熱帶魚不僅在水族界大受歡迎，最近來自美國西北大學(xué)的科學(xué)家們也深受啟發(fā)，將其應(yīng)用到特種機(jī)器人的研發(fā)領(lǐng)域。

科學(xué)家們相信，黑魔鬼刀魚身上所具備的特性完全可以被一類全新的水下自主航行器來加以利用。而這一類的水下機(jī)器人的應(yīng)用空間也十分廣泛，它們可以在滿是殘骸的漆黑水域如沉船內(nèi)大顯身手。

美國西北大學(xué)的馬爾科姆·麥基弗教授認(rèn)為，我們現(xiàn)今并沒有一種能夠完全適應(yīng)充斥著障礙物或光線嚴(yán)重缺乏的工作環(huán)境的水下機(jī)器人，而將潛水員直接派往海底郵輪殘骸這一類水體透明度槽糕的環(huán)境進(jìn)行水下作業(yè)也是不可取的。但是，我們可以借鑒黑魔鬼刀魚的“經(jīng)驗(yàn)”，它們在漆黑的水域中游弋并不需要借助于視力，能夠精準(zhǔn)地躲避水下錯(cuò)綜復(fù)雜的樹木根系和“水下叢林”的能力令人稱奇。它們填補(bǔ)了我們的水下機(jī)器人對于這一能力的缺失。

麥基姆博士在美國科學(xué)推進(jìn)協(xié)會的年會上為公眾解讀了黑魔鬼刀魚的感覺和運(yùn)動系統(tǒng)的工作原理。黑魔鬼刀魚能夠借助脊髓附近特化的神經(jīng)元產(chǎn)生電場，當(dāng)它需要捕食獵物時(shí)，它可以感受到獵物經(jīng)過電場時(shí)其皮膚表面電壓的微弱變化，哪怕電場只有千萬分之一甚至只有一億分之一的電壓波動，黑魔鬼刀魚也能清晰地感受到。

“這簡直太神奇了！”麥基姆博士補(bǔ)充道，“你能想象你的全身都可以成為你的‘眼睛’嗎？黑魔鬼刀魚就能深切地感受到這一點(diǎn)！”

黑魔鬼刀魚能夠輕易獲取來自身體各個(gè)方向的“信息”，就像是它們擁有了一套電子雷達(dá)，魚體全身遍布感受器，這樣就能確保它們可以感知來自所有方向的事物。

現(xiàn)在，麥基姆博士正在自己的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)研發(fā)并測試能夠模擬黑魔鬼刀魚的特種水下機(jī)器人，這種機(jī)器人可以在水槽中感知周圍的環(huán)境并做出反應(yīng)。

不過研究人員還想使他們的機(jī)器人獲取黑魔鬼刀魚的另一項(xiàng)“技能”。

黑魔鬼刀魚的腹面有著一條波浪形的魚鰭。它的魚鰭向一個(gè)方向波動時(shí)，魚體便會向前游動；魚鰭向另一個(gè)方向波動，魚體則倒退；魚鰭借助在中央相會的逆向水流，魚體則會上升。

研究人員通過測試黑魔鬼刀魚的模擬機(jī)器人，已經(jīng)為機(jī)器人運(yùn)動時(shí)波動的頻率和振幅以及它所能夠獲得的推進(jìn)力之間建立了數(shù)學(xué)關(guān)系，并將其理論成果應(yīng)用到實(shí)際的技術(shù)研發(fā)中去。

目前為止，美國西北大學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的人工感覺和運(yùn)動系統(tǒng)是兩個(gè)獨(dú)立的機(jī)器人平臺，研究人員的目標(biāo)是盡早將兩者整合進(jìn)同一個(gè)工作設(shè)備。

韓俊杰/編譯

內(nèi)容來源：BBC網(wǎng)站