来自黑魔鬼刀鱼的新奇仿生学

黑魔鬼刀鱼（Apteronotus albifrons），是一种产于南美亚马逊流域的热带观赏鱼。这种新奇的热带鱼没有背鳍，它的腹鳍与臀鳍相连呈波浪型，游动时十分有趣。更令人惊奇的是，它依靠自身体内产生的微弱电流来感知周围的环境。如此奇异的热带鱼不仅在水族界大受欢迎，最近来自美国西北大学的科学家们也深受启发，将其应用到特种机器人的研发领域。
科学家们相信，黑魔鬼刀鱼身上所具备的特性完全可以被一类全新的水下自主航行器来加以利用。而这一类的水下机器人的应用空间也十分广泛，它们可以在满是残骸的漆黑水域如沉船内大显身手。
美国西北大学的马尔科姆・麦基弗教授认为，我们现今并没有一种能够完全适应充斥着障碍物或光线严重缺乏的工作环境的水下机器人，而将潜水员直接派往海底邮轮残骸这一类水体透明度槽糕的环境进行水下作业也是不可取的。但是，我们可以借鉴黑魔鬼刀鱼的“经验”，它们在漆黑的水域中游弋并不需要借助于视力，能够精准地躲避水下错综复杂的树木根系和“水下丛林”的能力令人称奇。它们填补了我们的水下机器人对于这一能力的缺失。
麦基姆博士在美国科学推进协会的年会上为公众解读了黑魔鬼刀鱼的感觉和运动系统的工作原理。黑魔鬼刀鱼能够借助脊髓附近特化的神经元产生电场，当它需要捕食猎物时，它可以感受到猎物经过电场时其皮肤表面电压的微弱变化，哪怕电场只有千万分之一甚至只有一亿分之一的电压波动，黑魔鬼刀鱼也能清晰地感受到。
“这简直太神奇了！”麦基姆博士补充道，“你能想象你的全身都可以成为你的‘眼睛’吗？黑魔鬼刀鱼就能深切地感受到这一点！”
黑魔鬼刀鱼能够轻易获取来自身体各个方向的“信息”，就像是它们拥有了一套电子雷达，鱼体全身遍布感受器，这样就能确保它们可以感知来自所有方向的事物。
现在，麦基姆博士正在自己的实验室内研发并测试能够模拟黑魔鬼刀鱼的特种水下机器人，这种机器人可以在水槽中感知周围的环境并做出反应。
不过研究人员还想使他们的机器人获取黑魔鬼刀鱼的另一项“技能”。
黑魔鬼刀鱼的腹面有着一条波浪形的鱼鳍。它的鱼鳍向一个方向波动时，鱼体便会向前游动；鱼鳍向另一个方向波动，鱼体则倒退；鱼鳍借助在中央相会的逆向水流，鱼体则会上升。
研究人员通过测试黑魔鬼刀鱼的模拟机器人，已经为机器人运动时波动的频率和振幅以及它所能够获得的推进力之间建立了数学关系，并将其理论成果应用到实际的技术研发中去。
目前为止，美国西北大学实验室中的人工感觉和运动系统是两个独立的机器人平台，研究人员的目标是尽早将两者整合进同一个工作设备。
韩俊杰/编译
内容来源：BBC网站

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