鳗鱼机器人登Science子刊封面，展示超强抗控制系统故障能力

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智器械（"大众号：zhidxcom）
编译 | 杨畅
编纂 | 江心白

智器械8月13日新闻，能游泳的机械人又有新突破，瑞士洛桑联邦理工学院研讨职员开发的鳗鱼机械人登上Science Robotics封面。

该鳗鱼机械人应用其各部门装有的传感器装配，能在中间节制体系毁坏环境下，从水中得到传感反馈旌旗灯号来和谐其活动，为研讨职员开发更简单、牢固的移念头器人开拓了一个新偏向。

该研讨论文标题为《基于局部水动力传感的鲁棒自组织颠簸游动的呈现（Emergence of robust self-organized undulatory swimming based on local hydrodynamic force sensing）》，于8月11日颁发在Science Robotics上。

论文链接：

https://robotics.sciencemag.org/content/6/57/eabf6354

一、原有游泳机械人寄托中间体系节制

机械人学和生物学之间关系亲密，既有研讨职员参考生物体设计机械人的环境，也有研讨职员使用复制了生物体传感和节制体系的机械人，来赞助其相识生物体是若何完成一些活动的。

在设计、研讨游泳机械人推动体系进程中，洛桑联邦理工学院研讨职员对鳗鱼在水中感知四周流体的才能发生了兴致，也便是鳗鱼在水中游动时身材感触感染到的压力状态。

一些鳗鱼类动物要完成海浪式升沉活动，必要靠其神经体系中的脊髓来节制，以及一组被称为神经振荡器（neural oscillators）的神经元来发生响应的有节拍的肌肉运动。除中间神经体系外，动物身材上还会有一些外周神经体系，由感觉神经元构成，向中枢神经提供身材和情况状况的信息。

由于在活体动物长进行试验较难，为此研讨职员设计了一种名为AgnathaX的机械人。

▲AgnathaX在水中游动

该机械人是研讨职员在一种名为AmphiBot的蛇形两栖机械人根基上，从新设计优化的。AmphiBot机械人也是洛桑联邦理工学院研讨职员设计，能在水中游动。

▲AmphiBot机械人

AmphiBot机械人实现水下活动是靠中间模式天生器（central pattern generator，CPG）来实现。CPG是一种神经回路（一种生物体模式）序列，会发生像鳗鱼类动物活动时呈现振荡节拍。

二、模块化设计实现机械人水动力感应

AgnathaX机械人是由驱动枢纽关头衔接的刚体节段构成，每一刚体节段都带有自力的电路（包含振荡器和耦合器）、左右反抗肌和一对侧向力学传感器。

该机械人的焦点由10个伺服电机构成，配有一台Linux计算机、一个电池和一个被动尾部模块。

研讨职员组装AgnathaX机械人时，先将机械人焦点部件放入防水泳衣中；然后将力学传感器模块经由过程磁铁从外部固定，这些模块经由过程电气衔接（电力和通讯）到相邻的模块，末了与机械人头部相连；末了在每个模块顶部安装一个带有嵌入式LED的、用于活动跟踪的浮动元件。

此中力学传感器模块由通讯电路、带有响应放年夜器的测压元件和纤维板构成，可以实现机械人的水动力感应。

▲AgnathaX机械人模子

三、中间加四周神经体系，加强抵抗通讯中止才能

研讨职员经由过程试验发现，中间和四周神经体系都有助于发生壮大的活动。两个体系协同事情的利益是它可以或许加强抵抗神经中止的才能，例如在身材部位之间的通讯失败或削弱环境下还能活动。

这项研讨的合著者卡米洛-梅洛（Kamilo Melo）说：“换个说法便是经由过程应用中间和外围组件的组合，机械人可以抵御更多的神经滋扰，坚持高速游泳活动。”

研讨职员还发现，经由过程感知机械人身材和水的物理互相作用，机械人外部设备的压力传感器可以提供有效的旌旗灯号，赞助天生和同步活动所需有节拍的肌肉运动。

是以，当科学家堵截机械人分歧部门之间的通讯以模拟脊髓毁伤时，丈量水压的压力传感器发出的旌旗灯号还足以维持机械人实现海浪式活动。

这些发现可用于设计更有用的游泳机械人，用于搜刮和救援义务和情况监测。

结语：机械人模块化有新思绪

机械人模块化设计是许多机械人研讨中会斟酌的一件工作，更多是让机械人功效获得延展，好比说依据必要转变其形态或加装分歧功效的模块，某一模块呈现故障时也可以快速调换。

鳗鱼机械工资模块化机械人提供了一种新思绪，使用更自力的模块抵御可能会呈现的中枢体系毁坏。

起源：Science Robotics、IEEE Spectrum