文/编辑:麒阁史观
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有这样一种“鱼”,它比真鱼游得更好,还不会被鲨鱼吃掉!如果将它放在水中后,与真实鱼类的姿态一模一样。
这就是西工大的最新研究成果“蝠鲼”,别看它外表看上去呆萌,但是实力却不容小觑,不仅能够隐身,还能拍摄水下画面并自动传回系统。
仿真鱼的诞生只是开始,在未来它的作用将超乎想象,那么仿生鱼除了观赏性外还有那些作用?为我们的生活又提供哪些便利呢?
仿真鱼的重要性西北工业大学,想必很多人都知道它在航空、航天领域有多强!如今他们又在潜水器的研究上有所突破。
他们研究的仿生鱼潜水器名叫“蝠鲼”,蝠鲼是一种海洋鱼类,由于游泳姿态和夜里飞行的蝙蝠相似而得名,蝠鲼看上去不像鱼类,甚至有些丑陋怪异的感觉。
蝠鲼有一种其他鱼类不具备的游泳方式,那就是“海中以旋转式的游姿上升”,在接近海面的同时,转速和游速将不断加快,直至跃出水面。
美国也曾研究过蝠鲼仿生鱼,并在今年的2月到3月在加利福尼亚州的南部海域进行了测试,据美国“战区”网站介绍,这款无人潜航器是从海洋生物蝠鲼的“优雅滑翔”中汲取的灵感。
相比较美国生产的蝠鲼,西工大团队研制的则更为精致小巧,美国的蝠鲼仿生鱼用于军事方面的研究,而我们则主要生态保护上。
从2006年开始,西工大团队就已经开始了相应的研究设计,研发团队对外形设计、胸鳍动作、游动姿态等细节进行入手,并不断的优化潜水器的各型功能,只为让仿生鱼看上去更像鱼。
与真实的蝠鲼相比,西工大研制的则缺少一只尾巴,数十个工作人员慢慢的拉着绳索,然后将仿蝠鲼放入海中,很快这个潜水器就能将水下的画面给拍摄下来,并传入系统中去。
团队中的人花费了大量的时间,研究和观察生物游动的姿态,并且详细观察试验设备,分析它为何会游的那么快,可当长相酷似蝠鲼仿生鱼回到大海后,会不会被鲨鱼给吃呢?
对于这一点也不用担心,放生蝠鲼还会发出特殊的声音,这种声音对鲨鱼或者鲸鱼来说是驱赶的意思,鲨鱼听到会便会离开。
西北工业大学教授曹勇表示:我们的大样机翼展4米多,通常情况下鲨鱼是不会触碰它的,年龄比较小的虎鲸是比较调皮的,它可能会用尾巴进行破坏。我们也有相应的措施,就是通过这种声的方式来警告或者驱离。
目前该团队研出从10公斤到720公斤级,共6款潜水器,形成了国内首个仿生蝠鲼柔体潜水器谱系,并且还首次在南海进行探测。
多场景运用海里的环境要比实验室里的更复杂,什么样的情况都会遇到,试验团队让仿生蝠鲼到南海探测水下的珊瑚礁,由于我国海域长期面临长棘海星爆发的情况,使得大量的珊瑚被啃食,对珊瑚礁生态系统造成极大的威胁。
珊瑚礁是地球上最多样化的生态系统之一,也被誉为海底热带雨林,覆盖的面积不到海底的千分之二,却为近30%的海洋生物提供生活环境。
从上世纪80年开始,珊瑚礁的重要性以及危机逐步引起了国际社会的广泛关注,从1997年到1998年海水温度的异常升高,从而引起珊瑚礁大面积白化事件。
随着全球气候的变化与人类活动的影响,我国大陆海域的礁石珊瑚在过去30年时间里加快了退化的过程,而珊瑚礁资源的快速衰退,会直接影响海洋生态的稳定性。
公开资料显示,中国南海拥有全球2.57%的珊瑚礁资源,居世界第八,2018年,长棘海星在南海三沙海域爆发,严重威胁岛礁健康与生态平衡。
每次勘察清理长棘海星都是一项困难的工作,据统计租下一艘渔船每天的费用在2万到3万一天,水下作业的人员费用在1500一天左右,如果前往较远较深的海域清理,则要花费4到6天的时间,这样算下来成本太高。
并且清理时还会遇到天气等不确定因素,经常清理长棘海星的人称它们为“魔鬼海星”,因为它身上有很多刺,这些刺都含有神经毒素,一旦被刺到后就会产生浮肿的现象。
当地人清理完的长棘海星还被运送到冷库中,晾干后当作干垃圾进行处理,这种海星是不能吃的,研究人员曾将长棘海星提取入药,但最终失败告终,如今晒干后掩埋成为对付长棘海星最好方法。
西工大这次研究的仿蝠鲼柔体潜水器,能够针对我国的南海海域长棘海星的生长情况,进行检测,并传回成像,从而达到及时预警和处理的效果。
10公斤到20公斤级别主要用于海洋科教、海洋牧场以及珊瑚礁的生态检测,百公斤的续航时间会更长,下潜的深度会更深,可以进行更大海洋数据的采集。
在全年,该团队已经将460公斤样机通过了南海1025米深度测试,并实行了60天滑翔,多型仿蝠鲼潜水器也已经完成了200次作业,从而实现了我国水下装备走向实用化技术提升。
如今团队正在研发多条群游的研究,让它们在游到指定位置后,根据不同的载荷从而完成各自的分工,更好的探索珊瑚礁的生长情况。
如今我国的仿生鱼团队还开发了其他的仿生鱼,只为更好进行海洋探索。
多种多样的仿生鱼世界上第一条仿生机器鱼,是1994年诞生于美国麻省理工学院,当时这条鱼有一米二长,游速可以达到每秒两米,十年后他们又研制出了软体机器鱼,能够在障碍物间来回穿梭。
人们已经研制出潜艇,又为何选择研究仿生鱼呢?这其实是因为水下航行器,基本上都是靠着螺旋桨进行推动的,螺旋桨推动的速度太慢,并机动性较差,而且在军事领域里,螺旋桨的声音很容易会被声纳捕捉到。
而鱼没有螺旋桨,因此也就不存在这个问题,并且鱼还能在水下有着高效、高机动、低噪音的特点,我国早在2001年就成立了仿生鱼课题组,并开始对仿生鱼进行研究。
此后,研究人员发现,要想将仿生鱼在水中具有高效的适应能力,就必须掌握仿生机器鱼的“前后推动、上浮下潜、三维运动能力”,从而保持特定的深度。
2004年,研究小组提出了基于重心的放生鱼俯仰姿态与深度控制的方法,从而更好的调节机器鱼的重心位置,在经过15年的研究后,中科院自动化研究所先后完成了多关节仿生机器鱼系统、仿生机器海豚、仿生机器鰩鱼、水陆两栖机器鱼、水下作业机器人等一些列仿生机器人系统。
2022年春节期间,上海海昌海洋公园里出现了世界首款“仿生鲸鲨”,它是由中国航天科工三院111厂水下仿生团队精心培育而成的大型水下观赏鱼。
仿生鲸鲨做的动作和真实鲸鲨如出一辙,不仅炫酷,同时科技感十足,111厂研制生产的世界首条仿生鲸鲨再次亮相上海海昌海洋公园,为春节游园增添靓丽风景的同时,更是持续践行环境保护职责,呼吁公众一起关注海洋生态。
英国的埃塞克斯大学水族馆中,有一种类似于鲤鱼的放生鱼,这种放生鱼使用的是人工只能和内置传感器,从而避开障碍物,如同一条真鱼一样在水里游泳。
据悉,这款仿生鱼将用来海底勘察、石油管道泄露检查、反水雷等领域,同时埃塞克斯大学的研究人员表示:泰晤士河的污染状况正在不断恶化,如果投放仿生鱼,不仅能够掌握污染物的位置,同时也能防止水中危险物质的出现。
仿生鱼的研究,就是人类向大自然学习的一部分,以大自然为老师,地球上的每种生物都有自己的特点和特征,它们能够在某个领域具备人类所不具备的能力。
仿生鱼群体智能在生态保护和科学研究方面具有广泛应用前景,它们可以用于监测水质、物种数量和分布,帮助科学家了解海洋生态系统的健康状态并采取相应的保护措施。
随着科技的进步和仿生学的不断发展,仿生鱼群的智能化系统还将面临很大挑战和机遇,如何解决决策规划、通信、协作等方面的挑战,科学家们对于仿生学的研究,将在保护海洋环境、促进科学研究和推动可持续发展等方面发挥重要作用,为人类社会带来更多的创新和价值。
参考信息新京报2019-09-05《“魔鬼海星”不能吃,我们该如何对付这群“珊瑚杀手”?》
北京日报客户端2024-03-12《为保护珊瑚礁,科学家潜到南海海底“植树造林”!》
央视新闻2024-06-10《一问到底丨仿蝠鲼柔体潜水器走红 这条“鱼”有何神奇?》
北京日报客户端2022-02-09《“鲸”奇!世界首条仿生鲸鲨,航天智造!》