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關(guān)鍵信息：MIT發(fā)布了一款名為“SoFi”的軟體機器人魚，它可以在海洋中與真正的魚一起獨立游動。打破傳統(tǒng)的無人駕駛潛水器拴在穿上或由螺旋槳驅(qū)動，SoFi只用攝像頭、馬達和鋰電池便可輕裝上陣，能夠與海洋生物進行密切的觀察和互動，而且似乎不會打擾到真正的魚。

關(guān)鍵數(shù)據(jù)：SoFi在50英尺深的海洋中游泳，一次長達40分鐘，且速度可控。

關(guān)鍵意義：這是首款可以長時間在三維空間中游泳的機器魚，它可以更好地被海洋生物接受，已經(jīng)得到了國家科學基金會的支持。

近期，科學家們發(fā)布了一段罕見的北極最難以捉摸的鯊魚的片段，這些發(fā)現(xiàn)表明，即使近年來取得了許多技術(shù)進步，但要將海洋生物的生命完整記錄下來，仍然是一項具有挑戰(zhàn)性的任務。但麻省理工學院的計算機科學家認為，他們有一個解決方案：使用機器人。

來自麻省理工學院計算機科學與人工智能實驗室（CSAIL）的一個團隊發(fā)布了一款名為“SoFi”的軟體機器人魚，它可以在海洋中與真正的魚一起獨立游動。

在斐濟彩虹礁的測試潛水中，SoFi在50英尺深的海洋中游泳，一次長達40分鐘，可以靈活地處理水流，并使用車載攝像頭拍攝高分辨率的照片和視頻。

SoFi利用它起伏的尾巴和獨特的能力來控制自己的浮力，SoFi可以在直線游泳、轉(zhuǎn)彎以及上下游動。該團隊還使用了防水的超級任天堂控制器，開發(fā)了一套自定義的聲學通信系統(tǒng)，使他們能夠改變SoFi的運動速度，并使其進行特定的移動和轉(zhuǎn)彎。

“據(jù)我們所知，這是首款可以長時間在三維空間中游泳的機器魚，”CSAIL博士生Katzschmann說，他是這篇發(fā)表在《科學·機器人》雜志上文章的第一作者，“我們很高興能夠利用這樣的系統(tǒng)來接近海洋生物，而不是靠人類自己去做。”

目前，用來觀測海洋生物的無人駕駛潛水器（AUVs）一般被拴在船上，或者由笨重而昂貴的螺旋槳驅(qū)動。相比之下，SoFi有更簡單、更輕量的設置，一個攝像頭、一個馬達，以及在智能手機中使用的鋰聚合物電池。

為了讓機器人游泳，馬達將水泵入魚尾的兩個氣球狀的腔內(nèi)，就像發(fā)動機里的一組活塞一樣。當一個腔室擴張時，它會使魚彎曲到一邊;當執(zhí)行機構(gòu)將水推到另一個通道時，它就會彎曲并向另一個方向，這些交替的動作模仿了真實的魚的動作。通過改變它的流動模式，液壓系統(tǒng)可以實現(xiàn)不同的尾部機動，從而產(chǎn)生一系列的游泳速度，平均速度大約是每秒0.5個身體長度。

“作者展示了許多在制造、動力和水阻力方面的技術(shù)成就，使機器人能夠在沒有系繩的情況下在水下移動，”意大利生物機器人教授Cecilia Laschi說，“像這樣的機器人可以比現(xiàn)在的機器人更接近于探索暗礁，因為它可以被海洋物種更好地接受。”

整個后半條魚是由硅橡膠和柔性塑料制成的，頭等部件是3D打印的，為了減少水進入到機器中的可能性，研究小組用少量的嬰兒油填充頭部，因為這是一種不會從潛水時的壓力變化中壓縮的液體。

事實上，該團隊最大的挑戰(zhàn)之一是讓SoFi在不同的深度游泳。這款機器人的側(cè)面有兩個鰭，可以調(diào)節(jié)魚的上下游動。為了垂直調(diào)整它的位置，機器人有一個可調(diào)節(jié)的重量艙和一個“浮力控制單元”，可以通過壓縮和減壓來改變它的密度。

Katzschmann說，開發(fā)SoFi的目標是，盡可能在環(huán)境中不干擾海洋生物進行工作。“這個機器人能夠與海洋生物進行密切的觀察和互動，而且似乎不會打擾到真正的魚”。

在許多方面，軟機器人比剛性機器人更容易控制，因為研究人員不必太擔心必須避免碰撞。“避免碰撞往往會導致效率低下，因為機器人必須適應無碰撞的軌跡，”麻省理工學院電子工程和計算機科學教授Rus說，“相比之下，一個軟機器人不僅更有可能在碰撞中幸存下來，而且可以利用它作為信息，在下次的時候提供一個更有效的運動計劃。”

下一步，團隊將在SoFi上進行一些改進。Katzschmann計劃通過改進泵系統(tǒng)和調(diào)整其身體和尾巴的設計來增加魚的速度；他們還計劃盡快使用機載相機，使SoFi能夠自動跟蹤真正的魚，并為生物學家建立額外的軟環(huán)境，以研究魚類如何應對環(huán)境中的不同變化。

“我們認為SoFi是發(fā)展幾乎一個水下天文臺的第一步，它有潛力成為海洋探索的一種新型工具，并為揭示海洋生物的奧秘開辟了新的途徑”。

目前這個項目已經(jīng)得到了國家科學基金會的支持。

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