研究观察活鱼和类鱼机器人之间的相互作用

近几十年来，工程师们创造了各种受动物启发的机器人系统，包括四足机器人，以及受蛇、昆虫、鱿鱼和鱼启发的系统。然而，探索这些机器人与其生物对应物之间相互作用的研究仍然相对罕见。

北京大学和中国农业大学的研究人员最近着手探索当活鱼与机器鱼放在相同的环境中时会发生什么。他们的研究结果发表在Bioinspiration&Biomimetics上，既可以为鱼类机器人的发展提供信息，也可以为真实鱼类的行为提供一些新的线索。

“我们的研究团队在相当长的一段时间内一直专注于自行式机器鱼的开发，”进行这项研究的研究人员之一Junzhi Yu博士告诉Tech Xplore。“在我们的现场实验中，我们观察到一个令人兴奋的现象，即在游泳的机器鱼之后观察到活鱼。我们渴望进一步探索这种现象背后的基本原理，并更深入地了解这种'鱼跟随'行为。

Yu博士及其同事最近工作的主要目标是收集有关鱼类如何与他们实验室开发的类鱼机器人相互作用的新见解，因为这可以使机器人和生物学研究界受益。他们实验中使用的机器鱼经过精心设计，以复制锦鲤的外观，体型和运动，锦鲤是来自东亚的大型彩色淡水鱼。

“使用中央模式发生器(CPG)模型，我们开发了一种控制系统，可以为我们系统的两个串联关节的振荡生成节奏信号，”Yu博士解释说。“这些信号驱动灵活的尾鳍摆动，并产生反卡曼涡街，这使我们的机器鱼能够实现类似于锦鲤的身体尾鳍(BCF)运动。这种设计使我们的机器鱼能够有效地自行游泳，使其成为研究鱼类行为的理想工具。

在他们的实验中，Yu博士和他的同事将一两个锦鲤鱼状机器人的原型与一条或多条活鱼放在同一个水箱中。然后，他们观察了鱼在这个机器人面前的行为，并评估它们的行为是否根据水箱中有多少其他活鱼而变化。

“我们研究最显着的成就是对数量变化和参数变化的实验分析，”余博士说。“通过广泛的实验，我们发现活鱼在独处时表现出显着较低的主动性，最主动的情况是机器鱼与两条真正的鱼互动。此外，我们对参数变化的实验表明，活鱼对高频低振幅游动的机器鱼可能更主动，但它们也可能与机器鱼一起高频、高振幅移动。

研究人员的观察结果为鱼类的集体行为提供了一个有趣的新视角，这可能会指导其他类似鱼类的机器人的设计。他们的工作还可以激励其他团队探索活体动物与机器人动物之间的相互作用。这反过来可以帮助更好地了解这些动物的社会行为，以及如果它们最终被引入环境中，它们将如何应对机器人。

“机器鱼进一步发展的一个有前途的方向是使用柔性材料，如介电弹性体，创造静音和无振动的推进技术，”余博士补充说。“这将使我们能够在机器鱼和真鱼之间实现更高水平的仿生互动，为研究水生环境和海洋生物开辟新的可能性。随着该领域的持续研究和开发，我们希望开发一些用于互动演示的商业产品。

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