NEWS
11
2025-07
哈佛大学：3D打印软体机器鱼群
哈佛大学研究者Florian Berlinger、Melvin Gauci 和 Radhika Nagpal 利用3D打印技术，打印出了一群软体机器鱼群，能够在没有Wi-Fi或GPS辅助下以复杂模式在水底穿行。详情见论文Implicit coordination for 3D underwatercollective behaviors in a fish-inspired robot swarm。
受寄居于礁石中的刺尾鱼启发，该团队研发的Bluebots 有4个能够精准导航的鱼鳍和一个LED摄像头系统，使它们能够成群结队而不会发生碰撞。这种能够自给自足的小型机器人是生态监测的理想之选，尤其是面对一些人类无法到达的地方。
Florian Berlinger说到：“ 只要观察机器人在图片上的位置，就能知道它们的实际距离，这就是我们在做的事儿。机器人通常用于一些人类无法接近或者是危险的地方。在这种情况下，一个能够自给自足且高度自动化的机器人用处很大。”
01：来源海底的灵感
动物世界充满能够自我组织成群的生物，从蚁群到鸟群，但是鱼群尤为擅长。这种海居群体能够让个体鱼基于对同类的感知而导航，并最终觅食、迁移和避开掠食者。
最近许多研究人员尝试去了解和模仿这种自然界的群体智慧，但是他们的机器人群通常是通过远程控制或者GPS引导的，而不是自我组织的。其他项目也同样设想了水下机器人来监测珊瑚礁之类的敏感区域，不过实际上这些机器人很难相互配合。
在水体环境中，传统的无线通信或者GPS通信已被证明是无效的，因此研发出新型同步方法很有必要。真正的鱼群只使用本身的视觉信号来引导自己，哈佛大学的科学家从中汲取灵感，开始着手开发一种不需要任何外部控制的新型导航系统。
（ 图上为机器鱼，配备了摄像头和蓝色LED，可帮助它们在水下航行。）
02：让软体机器鱼成群
如何让鱼群相互配合呢？对此，哈佛团队3D打印了7个自动化微型软体机器鱼，并起名叫Bluebots。每个机器鱼占地面积仅235cm3，且配备一组传感器和驱动器，能够让它们在三维空间里感知和移动。
为了给Bluebots提供3D视觉，科学家们还为他们安装了两个195°广角镜头和一对垂直堆叠的蓝光LED灯。本质上，摄像头就相当于机器鱼的眼睛，使用基于视觉的算法，他们就能快速地识别同类鱼的位置并改变路线。
测试时，Bluebots经过编程会以指定时间间隔定期闪光。这样从外面看起来，它们是自发汇集成群移动的。在随后的实验中，设置不同的的时间间隔，这些机器鱼就能从分散状态重复切换到聚集状态。
作为最终测试，科学家利用隐式协调算法实现了类似于碾磨的队形，这是真实鱼类躲避捕食者的旋涡状运动。Blubots最终能够实现这种现象的最小化版本，以逆时针或者顺时针动态旋转。
展望未来，科学家们相信摄像头和驱动技术的进步将促进更新更复杂的水下机器人的发展。目前该团队的协调技术可用于在集体搜索和和救援任务等领域指导无人驾驶车辆。
03：海洋启发的机器人
尽管先前打印出能群居的机器鱼很难，但是许多研究人员已经设法制造出能够用于海洋监测的海栖软体机器人。
例如，来自佛罗里达大西洋 (FAU) 和美国海军研究局的科学家，已经3D打印出了5条软体机器人水母。受月亮水母启发，这种8条腿的机器人有中性悬浮力，能够作为珊瑚礁监测工具。
同样，来自MIT的研究人员制造出一种名叫SoFi的硅胶软体机器鱼，可作为观察水下野生生物的一种方式。它能捕捉高分辨率的海洋生物图像，同时将干扰降到最低。
在其他地方，来自韩国蔚山国立科学技术学院的团队也已经3D打印了可以行走的海星形状的软体机器人。通过将增材制造和牺牲模制相结合，科学家创建一种可编程设备，能在受控运动中被致动。
关键词：
硅胶3D打印,3D打印,新型导航系统,海栖软体机器人,水下机器人,哈佛大学
其他案例
联系我们
售前咨询