深海探索離不開仿生海洋機器人

葉芳

仿生海洋機器人&傳統海洋機器人

海洋機器人也被稱為水下機器人、遙控無人潛水器，主要用于代替人類進入海洋更深的區域進行探索，從20世紀60年代開始至今，逐漸成為探索海洋的重要工具。海洋機器人在多個領域都發揮了很高的應用價值，比如在海洋科考方面，可完成包括海洋勘探、水質監測、生物研究、海洋測繪等任務;在水下作業方面，可完成包括海底管道檢測、大壩巡檢等保障任務;在軍事方面，可用于海上戰場抵近偵察、目標搜救、戰場監視及海域反潛巡航打擊等任務。根據外形，海洋機器人可分為傳統海洋機器人和仿生海洋機器人兩種。

常用的傳統海洋機器人包括纜控海洋機器人和無纜遙控海洋機器人，絕大多數采用螺旋槳作為動力來源，這種驅動方式易被水草沙石干擾，且功耗大、效率低、噪聲大、不夠靈活，對海洋生物也極不友好。

仿生海洋機器人則彌補了傳統海洋機器人的劣勢，其設計多以魚類為原型。魚類作為自然界中最早出現的脊椎動物，經過幾億年的自然選擇，進化出了非凡的水中運動能力，其推進方式和效率遠高于人類現有的航海科技。仿生海洋機器人將魚類的推進機理和機器人技術充分融合，大大提升了海洋探索的效率。

解構仿生鯊魚機器人

我們今天要介紹的仿生鯊魚機器人RoboShark，以仿生尾鰭作為唯一動力源，推進效率高達80%，較傳統螺旋槳推進方式，可以很大程度提高續航時間。同時，RoboShark模擬鯊魚的外形與游動方式，對海洋環境十分友好，且噪聲低、對環境擾動小，結合吸音材料外殼，幾乎不干擾水體環境。甚至，海洋生物有可能會將仿生鯊魚當成真實鯊魚一樣對待。

RoboShark曾在山東省青島市附近海域執行水文信息采集任務，勘測人員使用它在港口周邊海域進行勘測，獲取水中畫面、水溫及流體信息等。同時，利用RoboShark的側向聲吶，完成對碼頭結構的成像及分析。

接下來，我們就一起來看看，這只“鯊魚”身上有哪些奧秘。

知識鏈接

“卡門渦街”理論是著名科學家馮·卡門提出的，他發現水流在經過圓柱體的時候，如果速度足夠快，水流的流動方向就不再是豎直向后的了，而是形成兩排漩渦，兩排漩渦之間的部分便叫作渦街。這兩排漩渦會對運動的物體產生阻力。而魚擺動尾鰭的運動模式，會讓身后的水形成“反卡門渦街”，產生對魚的推力，魚游動時就會很省力。機器人在設計時參照了這一運動模式，大大提升了機器人的推進效率。

（責任編輯 / 李島? 美術編輯 /張志浩）