马里兰大学教授受研发与鱼功能相同的机器人

Derek Paley是马里兰大学航空航天工程系和系统研究所的教授，曾于1997年获得耶鲁大学应用物理学士学位和博士学位，在普林斯顿大学获得机械和航空航天工程学士学位。他的研究包括非线性动力学和控制领域，包括自动驾驶车辆的协同控制，移动网络的自适应采样以及生物集体的空间建模。

今年3月5日，Derek Paley教授在美国知名公共电台On the Record节目上担任了嘉宾，并发表了一个主题为“受大自然启发的技术”（Inspired by Nature）的演讲。其内容探讨了研究人员如何将昆虫，鸟类，鱼类和一些动物的能力结合起来来改善机器人。

上面介绍的是Derek Paley教授在他的集体动力学和控制实验室中测试的原型机器人“鱼”。

Derek Paley教授希望自主水下航行器具有与鱼类相同的能力。因此他与UMD工程学院的研究生和本科研究员们一起研发了这个类鱼机器人，希望帮助工程师在自动机器人的背景下探索鱼类传感和推进力。

此外，Paley教授正在研究如何将这个机器鱼做得更逼真并能够对其他鱼类产生的漩涡做出反应。他计划在未来打造更多的机器鱼，以创建一个完整的系统。

关于这项研究，Paley教授表达了科学家为什么要向自然寻找答案。他说：自他还是个孩子起，他就被鱼群能够作为一个有凝聚力的群体而流动所吸引，他认为这个群体看起来像是一个有机体。Paley教授还将这种长期的灵感来源应用在了自动驾驶汽车的协同外部传感器中。

通过侧线感，这条机器鱼可以感知附近水流的方向和速度、捕食者以及其他障碍物。关于鱼的推进系统，Paley教授认为拍打可能比使用螺旋桨更有效。

鱼类，作为自然界最早出现的脊椎动物，经过亿万年的自然选择，进化出了非凡的水中运动能力，鱼类的游泳技巧远高于人类现有的航海科技。和普通的水下推进器相比，鱼类的游动具有推进效率高、机动性能好、隐蔽性能好等优点。鱼类的高效率与其完善的流体性能有关，其通过尾鳍的摆动能消除螺旋桨产生的与推进方向垂直的涡流，产生与推进方向一致的涡流，并且整理尾流，使其具有更加理想的流体力学性能，从而提高效率。

有试验表明机器鱼的推进效率比常规水下设备高30%以上。采用机器鱼作为水下机械可大大节省能量，提高能源利用效率，从而提高了水下作业时间和作业范围。

上图是Festo研发的仿生机器鱼BionicFinWave，仿的是一种运用纵鳍游动的海扁虫。这只仿生机器鱼和靠摆动尾鳍游动的普通机器鱼不同，它靠身体两侧的硅胶肉鳍产生波浪，借此推动身躯。通过这种鳍片起伏运动，仿生鱼BionicFinWave可以控制自身运动。

BionicFinWave身上有两个伺服电机，两个相邻的曲轴将动力传递至杠杆，使两个鳍片能够单独移动。以这种方式，它们可以产生不同的波形，特别适合于慢速和精确运动，并且相比传统的螺旋传动器所搅拌的水量更少，更加节能。

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