巡游二維御外物種鱷雀鱔的智能機(jī)器魚(yú)

譚迪熬 中國(guó)發(fā)明協(xié)會(huì)院士專(zhuān)家咨詢(xún)工作委員會(huì)首任專(zhuān)家，中國(guó)發(fā)明協(xié)會(huì)中小學(xué)創(chuàng)造教育分會(huì)會(huì)長(zhǎng)，科技創(chuàng)新教育特級(jí)教師，教育部國(guó)培計(jì)劃專(zhuān)家?guī)鞂?zhuān)家。

2022年暑假，一樁抽干湖水捕撈鱷雀鱔的事件引發(fā)關(guān)注。很多人在評(píng)論區(qū)質(zhì)疑：為了一條鱷雀鱔，在如此干旱時(shí)期抽干湖水進(jìn)行捕撈，是不是有點(diǎn)勞民傷財(cái)呢？

鱷雀鱔屬于外來(lái)物種，它性情兇殘，號(hào)稱(chēng)“水中殺手”，普通魚(yú)類(lèi)都是它的食物。它的生長(zhǎng)速度快，繁殖力非常強(qiáng)。由于什么都吃的緣故，鱷雀鱔棲息的水域很少有其他魚(yú)類(lèi)生存，不僅影響漁民收成，也影響了生態(tài)平衡。

針對(duì)這種現(xiàn)象，我思考，用人工智能機(jī)器魚(yú)捕撈鱷雀鱔，是不是成本更低？我將自己的想法與老師溝通，得到了老師的鼓勵(lì)。

一、研究目的

設(shè)計(jì)一種可在水中游動(dòng)的機(jī)器魚(yú)，內(nèi)置的芯片存儲(chǔ)了鱷雀鱔的相關(guān)信息，當(dāng)鱷雀鱔進(jìn)入機(jī)器魚(yú)視野時(shí)，圖像比對(duì)一經(jīng)確認(rèn)就會(huì)對(duì)其進(jìn)行跟蹤。機(jī)器魚(yú)對(duì)體型較小的鱷雀鱔的眼部或嘴部進(jìn)行麻醉槍藥處理后，再用尾部吸盤(pán)吸住鱷雀鱔并拖至岸邊。對(duì)于體型大的鱷雀鱔，機(jī)器魚(yú)能直接將其獵殺。

二、研究方法

應(yīng)用組合法、成果借鑒法、技術(shù)移植法等多種科學(xué)方法。利用人工智能的圖像識(shí)別數(shù)據(jù)算法、機(jī)器魚(yú)流體學(xué)、無(wú)人機(jī)控制技術(shù)等。

三、研究過(guò)程

（一）初步改裝

初次制作模型時(shí)，我選用汕頭市星度智控科技公司生產(chǎn)的B4遙控鯨魚(yú)仿真電動(dòng)鯊魚(yú)，可潛水、噴水的玩具作為實(shí)驗(yàn)原型并進(jìn)行改裝。

我把設(shè)計(jì)的方案告訴了學(xué)校信息技術(shù)和科技老師，他們提出疑問(wèn)：怎樣更好、更快地追蹤鱷雀鱔？確定目標(biāo)后，如何讓麻醉槍給藥速度跟上鱷雀鱔的游速？

于是我修改了設(shè)計(jì)方案，想提高機(jī)器魚(yú)的速度。

（二）再次改進(jìn)

我將初次模型的動(dòng)力增加一倍，改為300瓦，這樣麻醉藥噴射距離可以更遠(yuǎn)。我將改進(jìn)后的模型向科技教育專(zhuān)家求證并征求他們的意見(jiàn)，他們又提出疑問(wèn)：如何優(yōu)化對(duì)機(jī)器魚(yú)的控制？怎樣解決實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)的問(wèn)題？

為了實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器魚(yú)追蹤、麻醉和獵殺鱷雀鱔等功能，應(yīng)使用性能較好的智能芯片和傳感器，以確保其能準(zhǔn)確、穩(wěn)定地感知和響應(yīng)環(huán)境，并實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的行為模式。

四、實(shí)驗(yàn)測(cè)試

2023年9月9日下午，征得物業(yè)同意后，我在小區(qū)魚(yú)池中進(jìn)行測(cè)試。用水下智能探頭追蹤到目標(biāo)，并在眾多魚(yú)類(lèi)中準(zhǔn)確對(duì)鱷雀鱔模板圖目標(biāo)追蹤長(zhǎng)達(dá)90秒。這表明，機(jī)器魚(yú)能達(dá)到追蹤鱷雀鱔的設(shè)定目標(biāo)。

2023年9月16日下午，我在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行麻醉槍給藥實(shí)驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期的效果。

2023年9月20日，我在學(xué)校航模活動(dòng)中心淺水池進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)試機(jī)器魚(yú)尾鰭天線能否上傳目標(biāo)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，測(cè)繪到模擬鱷雀鱔模型在水中的活動(dòng)軌跡點(diǎn)，證明機(jī)器魚(yú)能追蹤到鱷雀鱔。

在模型制作完成后，我先后將自己的作品和文本向同學(xué)和老師展示，征求他們的意見(jiàn)。2023年10月9日的課后活動(dòng)時(shí)間，我把作品搬進(jìn)教室，按照設(shè)計(jì)的理念和思路進(jìn)行演示，并請(qǐng)同學(xué)們提出自己的看法。

2023年10月10日大課間操時(shí)間，我又將作品搬到高年級(jí)組教師辦公室征求意見(jiàn)，信息技術(shù)教研組老師擔(dān)任評(píng)委，并請(qǐng)他們對(duì)作品提出意見(jiàn)。我將所有意見(jiàn)進(jìn)行綜合，進(jìn)行了后續(xù)測(cè)試。

五、創(chuàng)新點(diǎn)

（一）對(duì)付外來(lái)物種鱷雀鱔，為建設(shè)安全型、節(jié)約型社會(huì)，保護(hù)本土資源，保持本土生態(tài)平衡，幫助凈化水域環(huán)境方面開(kāi)創(chuàng)了新的技術(shù)方案。

（二）應(yīng)用仿生機(jī)器魚(yú)在水中活動(dòng)的特點(diǎn)，提出用人工智能機(jī)器魚(yú)追蹤、麻醉、獵殺外來(lái)物種鱷雀鱔的新設(shè)計(jì)，在利用高新技術(shù)的同時(shí)投入成本低，達(dá)到高效捕撈鱷雀鱔的效果。（指導(dǎo)老師：段賢清）

作者心聲

通過(guò)這次科技創(chuàng)新活動(dòng)，我學(xué)到了很多課外知識(shí)和科學(xué)研究方法，增強(qiáng)了動(dòng)手能力和觀察能力，提高了科學(xué)素養(yǎng)，也深刻體會(huì)到從事科學(xué)研究的不易，收獲了成功的喜悅。只要養(yǎng)成多觀察、勤思考的習(xí)慣，不怕吃苦和失敗，高中生同樣可以有所發(fā)明。

把理想變成現(xiàn)實(shí)需要堅(jiān)定的信念和扎實(shí)的知識(shí)。在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，我感受到人的智慧是無(wú)窮的，需用創(chuàng)新意識(shí)去點(diǎn)燃激情，點(diǎn)燃對(duì)科學(xué)的渴望與追求。我將再接再厲，認(rèn)真學(xué)好文化知識(shí)，積極參加各項(xiàng)科技創(chuàng)新活動(dòng)，不斷提升自己的綜合能力，成為祖國(guó)科技創(chuàng)新的后備人才。

專(zhuān)家點(diǎn)評(píng)

陳禹龍同學(xué)的巡游二維御外物種鱷雀鱔的智能機(jī)器魚(yú)，是一項(xiàng)具有原創(chuàng)性的A類(lèi)作品，即屬于選題專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)，又需具備較深厚的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)，并在專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室或?qū)I(yè)機(jī)構(gòu)完成的作品。

外來(lái)入侵物種一旦在新的環(huán)境建立種群，會(huì)威脅或改變本地的生物多樣性。外來(lái)入侵物種會(huì)侵占本地物種的生存空間，造成本地物種死亡和瀕危，導(dǎo)致本土物種種群數(shù)量下降或物種消失，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成破壞。

該項(xiàng)目針對(duì)外來(lái)物種鱷雀鱔在自然環(huán)境中對(duì)本地生態(tài)的破壞情況，設(shè)定對(duì)鱷雀鱔的追蹤，確認(rèn)目標(biāo)后機(jī)器魚(yú)可以發(fā)射麻醉槍藥麻醉鱷雀鱔，也能直接將其獵殺。

該項(xiàng)目提出了“用人工智能機(jī)器魚(yú)追蹤、麻醉、獵殺外來(lái)物種鱷雀鱔”的新設(shè)計(jì)，在利用高新技術(shù)的同時(shí)，應(yīng)用低成本達(dá)到高效率。作者為建設(shè)安全型、節(jié)約型社會(huì)，保護(hù)環(huán)境資源，保持本土生態(tài)平衡提供了新的設(shè)計(jì)方案，新穎獨(dú)特。