被稱為“Bluebots”的機器魚能自主地同步游泳。

任何看過海底自然紀錄片的人都會驚嘆于魚群表演的復(fù)雜編排，那仿佛是一部由數(shù)千名演員組成的飛鏢式同步芭蕾舞。

這些本能的運動激發(fā)了哈佛大學(xué)約翰保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（Harvard JohnA. Paulson School of Engineering and Applied Sciences，SEAS）和懷斯生物靈感工程研究所（Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering）的研究人員。研究結(jié)果不僅可以改善水下機器人的性能和可靠性，還可以改善其他需要分散運動和組織的飛行器，如自動駕駛汽車和機器人太空探索。

這個名為“Blueswarm的魚形水下機器人是由Radhika Nagpal領(lǐng)導(dǎo)的團隊創(chuàng)建的，他的實驗室是自組織系統(tǒng)的先驅(qū)。這些奇特可愛的機器人它可以像魚一樣平靜地聚在一起，也可以自動導(dǎo)航并且尋找彼此，協(xié)作完成任務(wù)，而不需要外部控制。

Nagpal告訴IEEESpectrum，這標志著一個里程碑，這是研究人員首次在水下機器人領(lǐng)域，展示了具有內(nèi)隱協(xié)調(diào)（implicitcoordination）的復(fù)雜三維集體行為。這樣的集體行為來源于所謂的內(nèi)隱協(xié)調(diào)——魚類可以根據(jù)自己看到的同類行為作出決定。這種分散的、但具有自主性的自我組織，長期以來一直吸引著科學(xué)家探索。

這項研究發(fā)表在《科學(xué)機器人（Science Robotics）》上，第一作者是Florian Berlinger。Berlinger說，“Bluedot”機器人將三個藍色LED燈、一個鋰聚合物電池、一對攝像頭、一臺Raspberry Pi電腦和四個可控鰭集成在一個3D打印的船體內(nèi)。魚鏡頭攝像頭檢測到同伴的LED，并應(yīng)用自定義算法計算距離、方向和航向。

在三維空間中工作，對于水下機器人來說也是個不小的挑戰(zhàn)。LED 光源散發(fā)光的強弱和變化，取決于每個機器人所在的位置和周邊環(huán)境。Blueswarm 基于相機和機器人最前端的光敏傳感器，對其游泳動作和發(fā)光情況進行調(diào)整，自動將多個個體組織成集群在水中游動。機器人通常被部署在人類無法接近，或是危險的地區(qū)。在這些地方，人類甚至無法對機器人進行干預(yù)。在這種情況下，一個能夠自給自足，且具有高度自主性的群體的優(yōu)勢就非常明顯。通過對內(nèi)隱規(guī)則和 3D 視覺的使用，我們能夠在沒有 GPS 和 WiFi 支持的水下環(huán)境，創(chuàng)建一個具有高度自主性和靈活性的水下系統(tǒng)。

這項技術(shù)的用途在于，首先，這些機器人可以在不驚動海洋生物的前提下，監(jiān)測它們的健康狀況。其次，機器人可以使用攝像機制成的眼睛探測到特定物體。同時，它們還可以在碼頭和船只的下方，以更有效的方式檢查船體。也許，它們還能在搜救中發(fā)揮作用。通過這項研究，人們不僅可以構(gòu)建更先進的機器人集體，還對自然中動物集群式活動有了更深刻的了解。

Berlinger補充說，這項研究有朝一日可以推廣到任何需要分散式機器人的領(lǐng)域，從自動駕駛汽車和亞馬遜倉庫車輛，到探索遙遠的星球等等。如今的半自主汽車在可靠地感知和響應(yīng)復(fù)雜環(huán)境方面面臨著自身的技術(shù)障礙，包括惡劣天氣使車載傳感器或路標變得模糊，或者無法通過GPS定位。自主汽車研究的一個完整的子集涉及到車輛對車輛（V2V）的通信，它可以讓汽車有一個蜂群思維來指導(dǎo)個人或集體的決策——避免混亂的交通，在嚴密的車隊中安全駕駛，或者在超出其感觀范圍的碰撞中采取集體回避行動。

Berlinger表示：“一旦我們有數(shù)百萬輛汽車在路上行駛，就不可能依靠一臺電腦來協(xié)調(diào)所有的交通，做出對所有汽車都有用的決定。”

這種微型機器人還可以在人類和潛水員無法到達的地方長時間工作，甚至可以在大型栓系機器人那里工作。Nagpal說，這些人工合成的游泳者可以全天候監(jiān)控和收集珊瑚礁或水下基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)，在不干擾脆弱設(shè)備或生態(tài)系統(tǒng)的情況下，在微小的地方工作。

如今，Blueswarm 為水下機器人和環(huán)境及水中生物的兼容方面開了一個先河。仿生機器人已經(jīng)不止模仿單個自然生物外形，它們正在逐步融入進自然環(huán)境，成為大自然的一部分。

原文標題：哈佛科學(xué)家研發(fā)出魚群機器人Blueswarm

文章出處：【微信公眾號：IEEE電氣電子工程師學(xué)會】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

責(zé)任編輯：haq