本月，科学家们发表了北极最难以捉摸的鲨鱼之一的罕见镜头。研究结果表明，即使近年来取得了许多技术进步，近距离记录海洋生物仍然是一项具有挑战性的任务。
但麻省理工学院的计算机科学家认为他们有一个可能的解决方
麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的一个团队今天在一篇论文中公布了一种“SoFi”，这是一种柔软的机器鱼，可以独立地与海洋中的真鱼一起游泳。
在斐济彩虹礁的测试潜水期间，SoFi可以同时在50英尺以上的深度游泳长达40分钟，灵活地处理电流并使用(还有什么?)鱼眼镜头拍摄高分辨率的照片和视频。
使用其起伏的尾部和独特的控制自身浮力的能力，SoFi可以直线游泳，转弯或上下潜水。该团队还使用了防水超级任天堂控制器并开发了定制声学通信系统，使他们能够改变SoFi的速度并使其具有特定的动作和转弯。
“据我们所知，这是第一种可以长时间不受三维游泳的机器鱼，”CSAIL博士说。候选人罗伯特Katzschmann，在今天公布的新的期刊文章的主要作者科学机器人。“我们很高兴有可能使用像这样的系统来接近海洋生物，而不是人类可以自己获得。”
Katzschmann参与了该项目并与CSAIL主任Daniela Rus，研究生Joseph DelPreto和前博士后Robert MacCurdy一起撰写了论文，他现在是科罗拉多大学博尔德分校的助理教授。
这个怎么运作
现有的自动水下航行器(AUV)传统上被束缚在船上或由庞大且昂贵的螺旋桨驱动。
相比之下，SoFi拥有更简单，更轻巧的设置，配备单个相机，电机和消费类智能手机中的锂聚合物电池。为了让机器人游泳，马达将水泵入鱼尾巴中的两个类似气球的腔室，其工作方式类似于发动机中的一组活塞。当一个腔室膨胀时，它会弯曲并弯曲到一侧; 当致动器将水推向另一个通道时，致动器会向另一个方向弯曲和弯曲。
这些交替的动作产生了一种模仿真实鱼类运动的左右运动。通过改变其流动模式，液压系统实现了不同的尾部操纵，从而产生一系列游泳速度，平均速度约为每秒体长的一半。
“作者在制造，供电和防水方面展示了许多技术成就，使机器人能够在没有绳索的情况下在水下移动，”意大利比萨Sant'Anna高级研究学院的生物机器人教授Cecilia Laschi说。 。“像这样的机器人可以比现有的机器人更密切地探索珊瑚礁，因为它可以更安全地接近珊瑚礁，因为它可以被海洋物种更好地接受。”
鱼的整个后半部分由硅橡胶和柔性塑料制成，并且几个部件是3D打印的，包括头部，其容纳所有电子设备。为了减少水泄漏到机器中的可能性，该团队用少量婴儿油填充头部，因为它是一种在潜水期间不会因压力变化而压缩的液体。
事实上，团队面临的最大挑战之一就是让SoFi在不同的深度游泳。机器人侧面有两个翅片，用于调节鱼的俯仰角度，以便上下潜水。为了垂直调整其位置，机器人具有可调节的重量隔间和“浮力控制单元”，可通过压缩和减压空气来改变其密度。
Katzschmann表示，该团队开发的SoFi旨在尽可能在其环境中实现无中断，从最小的电机噪音到团队通信系统的超声波发射，该系统使用30至36千赫兹的波长发送命令。
罗斯说：“机器人能够密切观察和与海洋生物的相互作用，并且似乎不会对真正的鱼类造成干扰。”
该项目是CSAIL大量工作的一部分，专注于软机器人，它们比健壮的机器人更有可能更安全，更坚固，更灵活。软机器人在很多方面比刚性机器人更容易控制，因为研究人员不必担心必须避免碰撞。
“避免碰撞通常会导致低效的运动，因为机器人必须适应无碰撞的轨迹，”麻省理工学院电气工程和计算机科学的Andrew和Erna Viterbi教授Rus说。“相比之下，软机器人不仅更有可能在碰撞中存活下来，而且可以将其作为信息用于下次更有效的运动计划。”
作为下一步，该团队将在SoFi上进行一些改进。Katzschmann计划通过改进泵系统和调整其身体和尾部的设计来提高鱼的速度。
他说他们还计划很快使用车载摄像头让SoFi自动跟踪真鱼，并为生物学家建立额外的SoFis，以研究鱼类如何应对环境的不同变化。
“我们认为SoFi是开发几乎所有水下天文台的第一步，”罗斯说。“它有可能成为一种新型的海洋探测工具，并开辟了揭开海洋生物奥秘的新途径。”