被稱(chēng)為“Bluebots”的機(jī)器魚(yú)能自主地同步游泳。

任何看過(guò)海底自然紀(jì)錄片的人都會(huì)驚嘆于魚(yú)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(yùn)動(dòng)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(jī)器人的性能和可靠性，還可以改善其他需要分散運(yùn)動(dòng)和組織的飛行器，如自動(dòng)駕駛汽車(chē)和機(jī)器人太空探索。

這個(gè)名為“Blueswarm的魚(yú)形水下機(jī)器人是由Radhika Nagpal領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建的，他的實(shí)驗(yàn)室是自組織系統(tǒng)的先驅(qū)。這些奇特可愛(ài)的機(jī)器人它可以像魚(yú)一樣平靜地聚在一起，也可以自動(dòng)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(biāo)志著一個(gè)里程碑，這是研究人員首次在水下機(jī)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(lái)源于所謂的內(nèi)隱協(xié)調(diào)——魚(yú)類(lèi)可以根據(jù)自己看到的同類(lèi)行為作出決定。這種分散的、但具有自主性的自我組織，長(zhǎng)期以來(lái)一直吸引著科學(xué)家探索。

這項(xiàng)研究發(fā)表在《科學(xué)機(jī)器人（Science Robotics）》上，第一作者是Florian Berlinger。Berlinger說(shuō)，“Bluedot”機(jī)器人將三個(gè)藍(lán)色LED燈、一個(gè)鋰聚合物電池、一對(duì)攝像頭、一臺(tái)Raspberry Pi電腦和四個(gè)可控鰭集成在一個(gè)3D打印的船體內(nèi)。魚(yú)鏡頭攝像頭檢測(cè)到同伴的LED，并應(yīng)用自定義算法計(jì)算距離、方向和航向。

在三維空間中工作，對(duì)于水下機(jī)器人來(lái)說(shuō)也是個(gè)不小的挑戰(zhàn)。LED 光源散發(fā)光的強(qiáng)弱和變化，取決于每個(gè)機(jī)器人所在的位置和周邊環(huán)境。Blueswarm 基于相機(jī)和機(jī)器人最前端的光敏傳感器，對(duì)其游泳動(dòng)作和發(fā)光情況進(jìn)行調(diào)整，自動(dòng)將多個(gè)個(gè)體組織成集群在水中游動(dòng)。機(jī)器人通常被部署在人類(lèi)無(wú)法接近，或是危險(xiǎn)的地區(qū)。在這些地方，人類(lèi)甚至無(wú)法對(duì)機(jī)器人進(jìn)行干預(yù)。在這種情況下，一個(gè)能夠自給自足，且具有高度自主性的群體的優(yōu)勢(shì)就非常明顯。通過(guò)對(duì)內(nèi)隱規(guī)則和 3D 視覺(jué)的使用，我們能夠在沒(méi)有 GPS 和 WiFi 支持的水下環(huán)境，創(chuàng)建一個(gè)具有高度自主性和靈活性的水下系統(tǒng)。

這項(xiàng)技術(shù)的用途在于，首先，這些機(jī)器人可以在不驚動(dòng)海洋生物的前提下，監(jiān)測(cè)它們的健康狀況。其次，機(jī)器人可以使用攝像機(jī)制成的眼睛探測(cè)到特定物體。同時(shí)，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(guò)這項(xiàng)研究，人們不僅可以構(gòu)建更先進(jìn)的機(jī)器人集體，還對(duì)自然中動(dòng)物集群式活動(dòng)有了更深刻的了解。

Berlinger補(bǔ)充說(shuō)，這項(xiàng)研究有朝一日可以推廣到任何需要分散式機(jī)器人的領(lǐng)域，從自動(dòng)駕駛汽車(chē)和亞馬遜倉(cāng)庫(kù)車(chē)輛，到探索遙遠(yuǎn)的星球等等。如今的半自主汽車(chē)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(chē)載傳感器或路標(biāo)變得模糊，或者無(wú)法通過(guò)GPS定位。自主汽車(chē)研究的一個(gè)完整的子集涉及到車(chē)輛對(duì)車(chē)輛（V2V）的通信，它可以讓汽車(chē)有一個(gè)蜂群思維來(lái)指導(dǎo)個(gè)人或集體的決策——避免混亂的交通，在嚴(yán)密的車(chē)隊(duì)中安全駕駛，或者在超出其感觀(guān)范圍的碰撞中采取集體回避行動(dòng)。

Berlinger表示：“一旦我們有數(shù)百萬(wàn)輛汽車(chē)在路上行駛，就不可能依靠一臺(tái)電腦來(lái)協(xié)調(diào)所有的交通，做出對(duì)所有汽車(chē)都有用的決定。”

這種微型機(jī)器人還可以在人類(lèi)和潛水員無(wú)法到達(dá)的地方長(zhǎng)時(shí)間工作，甚至可以在大型栓系機(jī)器人那里工作。Nagpal說(shuō)，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(jī)器人和環(huán)境及水中生物的兼容方面開(kāi)了一個(gè)先河。仿生機(jī)器人已經(jīng)不止模仿單個(gè)自然生物外形，它們正在逐步融入進(jìn)自然環(huán)境，成為大自然的一部分。

原文標(biāo)題：哈佛科學(xué)家研發(fā)出魚(yú)群機(jī)器人Blueswarm

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