大家好
 ，首领我是谢广想来自北京大学的谢广明，今天给大家讲一讲这20年来我在北大做的明未名湖事情
。大家都对机器人应该很熟悉了，放条但可能对机器鱼不太熟 。机器竟成其实
，鱼没pc28机器人的真鱼重点是机器 ，不是首领非得长得像人一样才叫机器人 ，所以机器鱼也是谢广想一类机器人。而且它的明未名湖应用环境限制在水下 ，我们希望它能够模仿鱼类的放条各种功能，所以它是机器竟成一种仿生类的水下机器人。我们的鱼没梦想，就是真鱼要研发出像鱼一样的机器人。为什么要研究机器鱼 ？首领为什么要研究水下的机器人呢 ？这是从实际需求出发的。我给大家讲两个例子：20世纪60年代，美国在欧洲举行军事演习，结果出现了事故
，轰炸机上的氢弹掉到了海里。海深700米，怎么办呢 ？氢弹不能不捞，因为它很危险
。所以最后美国花了几千万美元造了一个水下机器人 ，这才把氢弹捞上来 。第二个例子跟咱们的日常生活有密切关系 。大家都喜欢吃各种海鲜 ，但很多时候你会发现，海鲜的捕获并不容易。像扇贝、鲍鱼、海参等 ，有时候需要蛙人下海去捕捞 ，非常辛苦，而且可能每次只能下海20分钟 。因为水太深，加拿大28开奖结果大气压非常大，在水下时间长了可能会得职业病，因此我们都希望将来能派机器人做这个事情。所以水下机器人非常重要 。再进一步来说，我们为什么要研究像鱼一样的机器人呢
？其实我们现在已经有很多水下机器人了，它们也在很多方面得到了应用，但是它们的性能非常有限 。后来我们发现，真正适合在水下工作或者生活的是各种各样像鱼一样的生物，它们经过亿万年的进化，最适合水下的恶劣环境，游动效率比现在螺旋桨推动要高很多。而且它们的机动性很好，非常灵活  ，在障碍物中能自由穿梭 。另外，由于水下环境非常特殊 、复杂，水下的生物必须有很强的适应能力。而它们具备各种各样的功能
，能够帮助自身适应水下的环境。除此之外 ，在军事方面它具备较高的隐蔽性，为什么呢？因为现在依靠螺旋桨推进的水下机器人很容易被对方发现 ，而如果以鱼的方式前进，就没有螺旋桨具备的规律 ，对方找不到它，所以说它的隐蔽性比较强。对于现在的技术研究而言，下海比登天还难。这一点大家可能有点不好接受，咱们来具体分析一下。地球上最深的pc28加拿大官网在线预测海是在马里亚纳海沟 ，那里的海深大概有1万米左右 ，但是能够到那儿去的人类非常少
，最多有两位数，机器人就更少了。相比之下 ，我们平常坐的飞机基本都行驶在万米高空。咱们的航天员甚至能在空间站上面生活半年之久，但是大家听说过人类长时间在水下停留的新闻吗？没有，这是因为水下的环境跟在空气中非常不一样，人类很多方面的技术无法在水下使用
，这造成了发展水下技术和水下机器人的困难 
，但这也让我们更有动力去研究像鱼一样的机器人。这张图片是我们这十多年来发明的一些水下机器人的样机。它们有的像鱼，有的像海豚 ，有的还像一条龙 ，既能够在水里游 ，还能在陆地上爬行。下面的两张图片，是我们的机器鱼分别被国家科考队员带着去征服了北极和南极海域 。我个人虽然还没有去过北极和南极，但是我们的机器人已经代表北京大学去了 。一条机器鱼是怎么做出来的？接下来我会举几个例子，给大家展示机器鱼究竟是怎么一回事 。我们研究机器鱼，是希望它能够像它的仿生对象一样游动。上面就是机器鱼的仿生对象之一
，它叫箱鲀，生活在珊瑚礁里面 。珊瑚礁里的情况非常复杂，但是箱鲀的外形特点有很大的优势。第一，如果从正面看，它的pc28加拿大开奖结果查询脸是内凹的，不是流线性
。科学家经过研究分析后 ，发现内凹的脸型有好处：当水下各种乱流向它冲来时，它可以保持稳定，不会翻倒 。有一家汽车公司就专门按照这个外形设计了概念车，希望在陆地上开得更平稳
。另外它有发达的鳍肢 ，特别是胸鳍和尾鳍的配合，可以让它在水中非常灵活地游动。因此，我们要造一个这样的机器鱼
 ，那么具体怎么制造呢 ？第一步，我们要把想要仿的这部分，也就是它的鳍肢和它的内部结构设计好。这涉及到机械设计  ，包括硬件和电路设计。设计好之后 ，我们通过3D打印它向内凹的外壳 ，把整个结构组成和硬件基础做好了。再进一步，我们还要利用控制和算法，让鱼的鳍肢和它的身体能够配合起来 ，这样才能使它像仿生对象一样在水下游动。从这个视频可以看到 
，机器鱼的三维机动性很好
，比如前进 、后退这些动作都可以很轻易地实现
。它们还能够通过鳍肢的配合，来进行前滚翻
，甚至横滚
，实现了像仿生对象一样的水下游动能力 。大家可能会问，机器鱼看着挺好玩 ，加拿大pc28在线预测官网但它有什么用处呢
？大家看这个小视频 ，基于我们这个机器箱鲀，我的另外一位学生设计了一款个人消费品
。他甚至为了节约成本，还把胸鳍去掉了，在鱼头前面安装了一个高清摄像头。这样我们在水里游玩或者钓鱼的时候，就可以带它一块去 ，在水下给你拍照，记录你的水下生活，很有意思 。这就是机器鱼的一个初步应用，当然它还在不断地发展，以后会更加的完善 。让机器鱼像鱼一样感知我们希望机器鱼具备的基础能力就是能够像鱼一样游动 。再进一步，能不能让机器鱼像鱼一样感知？这是什么意思呢 ？前面的应用展示了机器鱼戴一个摄像头 ，在水下可以拍照 。但是很多时候，比如天气昏暗、水质浑浊 ，我们肯定就看不清了，那个时候可能很多事情做不了 ，怎么办 ？我们发现，自然界的鱼也会面临这个问题 ，它也会遇到天黑，也会碰到水质浑浊，那些鱼是怎么解决的呢？生物学家发现 
，鱼有一类特殊的感知器官是陆地生物没有的
，叫做侧线系统
，大家看这条金鱼，在它的身体两侧和面部分布着一些感知器官 。这些器官非常发达 
，它能够感知周围水流的细微变化 ，由此它可以产生趋流行为，还可以感知到障碍物，感知到伙伴 ，甚至形成群体。什么叫趋流行为呢
？这是鱼类的一个典型现象，鱼在水里往往喜欢逆流而待。顺着水流待着可能利于它找食，利于它调整自己的生活状态，但是逆着水流待才能够感知到水流的变化，产生以上行为。那么，能不能让机器鱼也有这样的能力呢
？我们在机器鱼身体两侧和面部安装了这种压强传感器，一边安了3个 ，一共9个。虽然是一个很简陋的仿生侧线系统，但是它也在一定程度上表现出了鱼类的感知能力。我们的初步成果是
 ，当前面有一条普通的机器鱼，后面有一条有侧线的机器鱼时，我们发现后面这条机器鱼能够通过对侧线数据的分析 ，感知到它的机器鱼伙伴 ，评估前面这条鱼离它有多远。我们希望将来能够通过这种感知的方式 ，让更多的机器鱼形成群体。既然鱼要形成群体，它就需要互相交流。鱼是怎么交流的呢 ？我们发现有一类鱼叫弱电鱼
，它可以调整自己的身体机能，在身体周围形成一个电场。这个电场是交变的 ，另外一条鱼通过感知这个电场的变化，就可以和它互动了。这非常有意思 ，我们的机器鱼可不可以呢 ？左上：电场通信系统框图；右上：发射电路；左下 ：电场通信电路实物图；右下
 ：接收电路我就对这个现象建立了相应的理论模型，然后设计了相应的电路，包括发出电场、接收电场 ，以及相应的通信协议的算法
。之后 ，两条机器鱼也可以通过这种仿生的方式进行水下沟通了 。这个视频中 ，下面那条机器鱼是领导，上面一条鱼是它的跟随者。底下这条鱼告诉它
，咱们要前进了 ，它们就开始前进；当前面有障碍物时，它就说赶紧上浮
 ，要不然撞上了，它们就上浮；上浮之后再告诉它水平前进；最后它们停下来了 。虽然游得很慢
，但是它们能通过这种新型的水下通信方式进行交流。为什么我们希望鱼能形成群体？因为水下的群体很重要 ，大家可能知道，马航370这架飞机掉到海里很长时间了 ，一直找不到，为什么呢？因为大海真的太大了 ，它的环境非常复杂，即使你派有限的机器人下去也找不到 。所以，我们将来希望能够派成百上千的，成本比较低但是具有一定的性能的机器鱼群体去解决这个事情 。同时，这也受到了自然群体的启发 
，在自然界中 ，弱小的鱼很容易被别人当食物 ，那么它们怎么生活下去呢？虽然它的个体能力很弱 ，但是通过组成一个群体
，这个群体的能力会很强 ，包括提升觅食效率和对抗天敌的能力等 。只有这样  ，这个物种才不会灭绝 。所以我们说  ，鱼形成一个群体是为了生存。后来我们想，机器鱼能不能也产生这样的集群行为？我们也做了相应的研究，发现它们也能够形成我们期望的这种环形编队 。当然 ，我们现有的机器鱼比较少，不像自然界的鱼那么多，而且水池也有限  ，但是它们一样可以实现这种行为。将来有一天，它们有可能戴上新的传感器，去完成水下搜救这种难题
。机器鱼也能“以假乱真”之前我们都是把真鱼作为老师来研究机器鱼。反过来想，研究这么长时间了 ，真鱼能不能对机器鱼产生认可 ？机器鱼的水平到底怎么样？我们发现了一个很有意思的现象 。很久以前 ，我们在北大的未名湖测试机器鱼的性能。大家都喜欢遛狗 、遛猫，我们去遛鱼。我们本来想测试鱼游得怎么样 ，游得直不直，好不好看。结果发现机器鱼在前面游，湖里的很多真鱼就跟着它走了 。当时我们就开玩笑说
，是不是以后我们捕鱼的时候就方便了  ，我们想吃金枪鱼 
，就派一个机器金枪鱼下去，把所有的真鱼引到一个合适的位置，就可以只抓金枪鱼了，其他鱼不会受到牵连？基于这一点，我们找到了一个可能非常有实际价值的应用 。现在人类的活动非常频繁 ，对能源的需求量很大。由于水电是很好的能源，我们经常建大坝来发电  。虽说人类受益了 ，但是可能很多鱼类会因此而灭亡 。这是因为很多鱼需要从下游到上游去产卵，才能形成物种的迭代。但是建了大坝后，鱼游不上去了，可能就没法产卵，因此也就灭亡了
。为了解决这个问题，现在在建造大坝时，人们还会再修一个鱼道。这个鱼道往往比较窄 ，在大坝的一边。而河流很宽，鱼游过来之后找不到入口
。于是大家就想，怎么能够让鱼知道，它们可以从鱼道那个口游上去呢？人们试过很多方式 ，通过声光电去刺激，结果发现都不理想。后来想到
，能不能让机器鱼把真鱼引到鱼道那儿去？现在我们正在和从事水利工程的人开展合作。在这个视频里 ，前面大一点的是机器鱼，后面小的就是真鱼。他们用我们的机器鱼在实验场地做了一个测试，看机器鱼是不是可以持久地引导真鱼到期望的目标点。测试后，他们觉得效果非常好
。下一步我们可能会进一步合作 ，把它做得更实用。我们原来是向鱼类学习 ，希望学到它的优点，现在反过来
，我们还可以帮助鱼类，提高它们的生存能力。机器鱼的未来会是什么样的场景？随着技术的进步，机器鱼的应用也会充分展开 。今后可能会产生一种超级机器鱼  ，它会集成各种鱼类的特性 
，能力可能要比单一的鱼更强 ，做到青出于蓝胜于蓝  。大家看，现在视频里这条鱼游得怎么样？这是真鱼还是机器鱼？其实这是我们最新的成果，它也是一条机器鱼 。大家可以想一想，机器鱼未来还有什么样的应用？这就是我今天的报告 ，也是我个人的一个机器鱼梦想 ，也希望大家能够喜欢上机器鱼
。谢谢大家 ！原文链接：我在未名湖放了一条机器鱼 ，没想到竟成了真鱼的“首领” | 谢广明