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機(jī)器人|人類通過一個(gè)定制設(shè)計(jì)的單向聲通信調(diào)制器，遠(yuǎn)程控制機(jī)器魚

機(jī)器人珊瑚礁

機(jī)器人|人類通過一個(gè)定制設(shè)計(jì)的單向聲通信調(diào)制器，遠(yuǎn)程控制機(jī)器魚

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科學(xué)家的研究成果為機(jī)器人領(lǐng)域的研究做出了貢獻(xiàn) ， 它集成了一個(gè)在水下仿生運(yùn)動(dòng)、遠(yuǎn)程控制的端到端系統(tǒng) ， 并可作為水下生物研究的一個(gè)水下觀測器 。 研究人員提出了一種仿生軟機(jī)器魚 ， 能夠沿著三維軌跡游動(dòng) ， 自主浮力控制 ， 以觀察海洋中的珊瑚礁生物群落 。 更具體地說 ， 這項(xiàng)工作的貢獻(xiàn)包括第一個(gè)軟機(jī)器魚原型機(jī) ， 能夠3D可控運(yùn)動(dòng) ， 用于水下持續(xù)作業(yè) ， 自主深度控制通過潛水飛機(jī)和基于活塞的微型浮力控制單元 ， 采用小型端到端水聲通信系統(tǒng)進(jìn)行水下遙控 。

在0至18米的深度進(jìn)行遙控 ， 海洋實(shí)驗(yàn)證明了這一點(diǎn) 。科學(xué)家開發(fā)了機(jī)器魚 ， 一種完全嵌入式的獨(dú)立水下系統(tǒng) ， 它可以獨(dú)立游泳 ， 并接收人類潛水員的高級命令 。 它以一種循環(huán)的方式擺動(dòng)它柔軟的尾巴來推動(dòng)自己 ， 并調(diào)整這種波動(dòng)來向前游或轉(zhuǎn)彎 。 尾部運(yùn)動(dòng)是由排量泵的循環(huán)流動(dòng)產(chǎn)生的 ， 調(diào)整泵入尾部兩側(cè)的相對液體量就可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 。

垂直游泳是通過潛水飛機(jī)和BCU實(shí)現(xiàn)的 。 這條魚的頂端裝有一個(gè)魚眼照相機(jī) ， 用來觀察周圍的環(huán)境 。 一個(gè)聲學(xué)換能器也安裝在剛性背鰭的前面 ， 傾斜向上 ， 接收來自人操作潛水員接口模塊的命令 。液壓系統(tǒng)在低、中和高頻率下執(zhí)行波動(dòng)尾驅(qū)動(dòng) ， 以實(shí)現(xiàn)一定范圍的游泳速度 。 魚通過調(diào)整尾巴的基線偏轉(zhuǎn)角度來左右轉(zhuǎn)動(dòng) 。 魚在每個(gè)方向上都有三個(gè)水平的偏轉(zhuǎn) ， 最大基線偏轉(zhuǎn)約為三十度 。

同樣的 ， 這種魚可以在每個(gè)方向上三個(gè)水平方向傾斜它的潛水飛機(jī) ， 最大傾斜度為四十五度 。人類通過一個(gè)定制設(shè)計(jì)的單向聲通信調(diào)制解調(diào)器遠(yuǎn)程控制機(jī)器魚 。 該系統(tǒng)由潛水員接口模塊和聲學(xué)接收器組成 。 研究人員通過在一個(gè)大池中以不同的距離和深度以20比特/s的速率發(fā)送一系列200個(gè)交替比特來描述通信調(diào)制解調(diào)器的可靠性 。一名潛水員使用潛水員接口模塊成功地引導(dǎo)機(jī)器人通過各種復(fù)雜的水下珊瑚礁環(huán)境 。

潛水員要求的推力水平 ， 尾波頻率 ， 深度和轉(zhuǎn)彎角度;在潛水的過程中 ， 潛水員與魚的距離更近 ， 因此交流更可靠 。 科學(xué)家的分析集中在“穩(wěn)定”命令上 ， 即在1秒內(nèi)不會立即出現(xiàn)不同命令;例如 ， 潛水員在命令從最低音高過渡到最高音高時(shí) ， 會反復(fù)按“向上”箭頭 ， 導(dǎo)致中間音高狀態(tài)暫時(shí)出現(xiàn) ， 但只有最后的命令狀態(tài)才是重要的 。 如果魚在10秒左右的超時(shí)時(shí)間內(nèi)沒有收到任何指令 ， 它就會回到中性狀態(tài)并關(guān)閉電機(jī) 。

這種暫時(shí)的沉默將有助于檢測較弱的命令 。 在珊瑚礁實(shí)驗(yàn)中 ， 機(jī)器人馬達(dá)關(guān)閉時(shí)在10米范圍內(nèi) ， 馬達(dá)打開時(shí)在5米范圍內(nèi)建立了有效的通信 。 影響通信的最大因素是環(huán)境復(fù)雜性、魚馬達(dá)的噪音和傳輸距離 。 靠近海岸線的其他實(shí)驗(yàn)表明 ， 在一個(gè)淺層、雜亂的水下環(huán)境中 ， 即使在電機(jī)噪聲存在的情況下 ， 該系統(tǒng)也可以進(jìn)行長達(dá)10米的通信 。

【機(jī)器人|人類通過一個(gè)定制設(shè)計(jì)的單向聲通信調(diào)制器，遠(yuǎn)程控制機(jī)器魚】這條機(jī)器魚有一個(gè)機(jī)載魚眼相機(jī) ， 可以讓遠(yuǎn)程操作員拍攝水下探索 。 這種設(shè)置減少了潛水員對被拍攝的海洋生物的影響 。 海洋實(shí)驗(yàn)表明 ， 機(jī)器魚能夠在自然環(huán)境中 ， 在水流存在的情況下進(jìn)行三維可控運(yùn)動(dòng) 。 在海洋實(shí)驗(yàn)中 ， 研究人員也對機(jī)器人近距離觀察海洋生物并記錄其反應(yīng)的能力進(jìn)行了初步的觀察 。 機(jī)器魚沒有模仿任何特定種類的生物魚的意圖 ， 除了黑色的鏡頭和聲學(xué)換能器外 ， 機(jī)器魚是白色的 。

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