2008 年 12 月 5 日第 63 屆聯(lián)合國大會(huì )通過(guò)了第 111 號決議。自 2009 年起,每年的 6 月 8 日就被定為了“世界海洋日”。2023 年 6 月 8 日是第 15 個(gè)世界海洋日,主題為“保護海洋生態(tài)系統,人與自然和諧共生”。
我們生活在這顆美麗的藍色星球上,表面70%都被海洋覆蓋,占到總水量的97%。海洋像是母親,孕育著(zhù)地球上生命的奇跡,在海里有從微不可見(jiàn)的浮游生物到遮天蔽日的鯨魚(yú),色彩繽紛的珊瑚間穿梭著(zhù)成群的小魚(yú);在陸上的生物也絕離不開(kāi)海洋,作為一個(gè)巨大的洋流系統,海洋循環(huán)養分、調節溫度和氣候、維持著(zhù)地球的水循環(huán)。
作為人類(lèi),我們早就認識到海洋的價(jià)值,人們從海里拿走食物、獲得靈感,人們依靠海洋進(jìn)行運輸,甚至發(fā)展出了獨特的海洋文明。然而隨著(zhù)社會(huì )以驚人的速度發(fā)展,海洋問(wèn)題愈發(fā)凸顯。污染、過(guò)度捕撈、棲息地破壞、和海洋酸化等等嚴峻的環(huán)境挑戰,需要我們密切關(guān)注并采取行動(dòng)。關(guān)注我們賴(lài)以生存的海洋,就是關(guān)注我們自身。
仿生學(xué)是一種模仿自然界生物體形態(tài)、功能和運動(dòng)方式的學(xué)科,從機器人到影像技術(shù),從體育運動(dòng)到建筑學(xué),仿生技術(shù)都隨處可見(jiàn)。仿生魚(yú)學(xué)習了水中魚(yú)兒的智慧,其外形和運動(dòng)方式與真正的魚(yú)類(lèi)非常相似。它們可以在水中像真正的魚(yú)一樣游動(dòng),因而繼承了很多魚(yú)類(lèi)的特性?xún)?yōu)勢。要想了解仿生魚(yú)的能做些什么,不妨先從它的優(yōu)勢說(shuō)起。
博雅工道仿生金龍魚(yú) BG-5
仿生魚(yú)的優(yōu)勢
隱蔽
仿生魚(yú)在形態(tài)、物理特性、動(dòng)力機能和運動(dòng)行為等方面與真正的魚(yú)類(lèi)非常相似。這使它獲得了第一個(gè)優(yōu)勢——良好的隱蔽性,魚(yú)類(lèi)會(huì )把其視作同類(lèi),不會(huì )受到驚擾,人類(lèi)也會(huì )把其視作一條普通的魚(yú)。
湖中的魚(yú)跟隨仿生機器魚(yú) BIKI 游動(dòng)
低噪音
傳統的螺旋槳推進(jìn)的水下機器人在行進(jìn)時(shí)會(huì )發(fā)出較大的噪音,同時(shí)也會(huì )擾亂水流,這無(wú)疑會(huì )在某種程度上影響到水中的自然環(huán)境;而仿生魚(yú)行進(jìn)時(shí),噪音非常小,其游動(dòng)方式自然流暢,不會(huì )對水下生態(tài)環(huán)境帶來(lái)負面影響。
高機動(dòng)性
魚(yú)類(lèi)自身的機動(dòng)性比傳統螺旋槳驅動(dòng)的機器人要高出許多,魚(yú)類(lèi)啟動(dòng)時(shí)的加速度可以達到50倍重力加速度,轉彎時(shí),魚(yú)類(lèi)的轉彎半徑只有體長(cháng)的10%~30%,而普通螺旋槳推進(jìn)系統要達到體長(cháng)的3~5倍。仿生魚(yú)學(xué)習了這些特性,具有突出的機動(dòng)性能,在水下行動(dòng)不受限制。
仿生金龍魚(yú) BG-5 在水中自主避障、快速轉彎
團隊協(xié)作
除了模仿單條魚(yú),仿生魚(yú)還可以學(xué)習魚(yú)群的合作能力。從水動(dòng)力學(xué)來(lái)看,魚(yú)在水中集群游泳可以節省個(gè)體魚(yú)的能量消耗,同時(shí)魚(yú)類(lèi)之間還能交換信息,增強效率。
海洋中的魚(yú)常會(huì )形成魚(yú)群
仿生魚(yú)的用途
生態(tài)保護
人類(lèi)建設水利設施的時(shí)候會(huì )發(fā)生更改魚(yú)類(lèi)洄游路線(xiàn)的情況。平常單獨生活的魚(yú)在洄游時(shí)也集結成群一同洄游。由于人類(lèi)開(kāi)發(fā)水域,魚(yú)兒的洄游路線(xiàn)發(fā)生改變可能使魚(yú)群“走丟”。
仿生機器魚(yú)以假亂真的特性可以引導魚(yú)群到人工開(kāi)發(fā)的洄游道上,讓魚(yú)兒順利洄游,維護生態(tài)環(huán)境。
洄游的魚(yú)群
環(huán)保監測
仿生魚(yú)可以用于監測海洋的方方面面,幫助人們進(jìn)行水下環(huán)境調查。
仿生魚(yú)亦可以用于研究海洋中不同區域物種的數量、分布和行為,以及其中隱含的生態(tài)條件,為保護生物多樣性做出貢獻。
博雅工道仿生鯊魚(yú)BS-100
科學(xué)研究
人們可以利用仿生魚(yú)在海底繪制出三維水下地形圖,且不被魚(yú)群注意到,這項技術(shù)可以在海洋生態(tài)的研究中發(fā)揮作用。
除此之外,仿生魚(yú)可以應用于機器學(xué)習、協(xié)同控制和多智能體協(xié)調等領(lǐng)域,在未來(lái)將為機器人技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展做出貢獻。
仿生魚(yú)模仿魚(yú)群進(jìn)行協(xié)作
隱蔽搜索
由于仿生魚(yú)具有高度仿真魚(yú)類(lèi)的外形和游動(dòng)方式,因此不易被雷達聲吶等設備探測到,能夠實(shí)現有效的隱蔽搜索、偵察。
大型的仿生魚(yú)還可以搭載各種傳感器如聲納、激光雷達、磁力計等設備,完成水下搜索定位,幫助人們搜尋海底的沉船、飛機、導彈殘骸,保護海洋生態(tài)平衡。
展覽展示
近兩年海洋館幾次成為爭議話(huà)題,人們開(kāi)始思考讓大型海洋生物居住在人類(lèi)建造的水缸是否合理,思考動(dòng)物表演是否道德。
逼真的仿生魚(yú)可以和真魚(yú)一起在海洋館等場(chǎng)所進(jìn)行展覽展示,甚至可以替代真魚(yú)去完成水下表演。
博雅工道仿生鯊魚(yú) BS-100
仿生魚(yú)應用場(chǎng)景廣闊,世界各地對它的研究也還未停止。相信在未來(lái),我們會(huì )看到更加多種多樣的仿生魚(yú),給人類(lèi)以便利,給自然以回報。
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