新浪科技

香港大学机器鱼打破50米游泳吉尼斯世界纪录!水下停留8到12个小时,可用于溺水救援

新浪科技综合

关注

来源: DeepTech深科技

“我们正在努力创建一个类似于波士顿动力的组织,不过是在亚洲!”

提起自己参与研发、并创下吉尼斯世界纪录的机器鱼 SNAPP,该团队的创始成员之一穆罕默德・萨德・沙希德・安维尔(Muhammad Saad Shahid Anwel,下称萨德)告诉 DeepTech。

SNAPP 由香港大学机械工程系研发,目前还保持着一项于 2020 年创下的吉尼斯世界纪录:游完 50m 的水下路线只需耗时 22.92 秒,这打破了 “机器人鱼最快 50m 游泳” 的记录。

这比曾在 2008 年北京奥运会一人独揽 8 枚金牌、并打破 4 个游泳项目世界纪录的菲尔普斯还快。另据悉,该记录在香港大学霍英东游泳池完成。

具体来说,相比人类游泳者在国际游泳联合会(FINA)认可的长距离游泳池中创造的世界纪录,机器鱼超过了男子 50 m 仰泳(24s)和 50 m 蛙泳(25.9s)、女子 50 m 自由泳(23.67s) 、以及 50 m 蝶泳(24.43s)和 50m 仰泳(26.98s)。

该项目的首席研究员、来自香港大学机械工程系的 Timothy Ng 表示:“除了塞萨尔・西埃洛(Cesar Cielo,男子 50 米自由泳 - 50 米池世界纪录保持者)以外,我们已经超越了大多数奥林匹克游泳运动员,后者在 20.91 秒内游泳 50 米。”

因此,SNAPP 是迄今为止最快的机器人鱼类,其以 2.18 米 / 秒的速度突破了人类游泳所熟知的科学界限。

如上图所示,SNAPP 采用模块化设计,为的是便于维护、维修和定制。它的浮力可通过增加身体组件来增加,其防水性能得益于它使用了丙烯酸管和O 型圈。

它还使用 433MHz 低频无线电,所以能更好地穿透水下信号。结构上,SNAPP 采用苏格兰轭(Scotch Yoke),并使用聚乳酸(PLA)材料,以 3D 打印制作而成,总成本大约 641 美元。

由于使用机械鳍来移动,这不同于常见的螺旋桨工作原理,因此可防止被水下植物缠绕。此外,它使用锂离子电池供电,能在水下停留 8 到 12 个小时。

SNAPP 的波动频率为 4Hz,尺寸为 880 毫米(长)x 75 毫米(宽)x 300 毫米(高),质量为 5 千克,并由 150W 的电机供电。

它能快速游泳的原因之一,在于鱼尾设计的灵活性,如下图其鱼尾就像一个弯月,这种弧度是灵活性的来源之一,并能在水下推动其前进。

自立项起,共有几十人参与 SNAPP 研发,并孵化出一个名为 BREED Robotics 的机器人技术团队,该团队隶属于香港大学,团队主要创始人有 Timothy NG 等人。

港大机械工程系助理教授张富则是该项目的导师,他表示:“通过在机器人鱼上添加视觉系统和控制算法,我们希望我们的鱼能够在水下任务中充当搜索救援机器人的角色。”

研发过程中,该团队努力在速度、重量、耐用性和可靠性之间寻求平衡,SNAPP 的设计也经历了翻天覆地的变化。

如下图所示,五年间,它的鱼身和鱼尾都经历了多次迭代。最初的鱼身是圆柱状,到最后成为尖锐的椭圆柱状。

鱼尾则经历从弧状、到“脊椎骨”状、再到弧状的迭代。

在尝试使用 “白鱼”“肥金枪鱼” 和 “黄尾” 等不同原型进行了几次失败的尝试之后,该团队最终设法将不锈钢灌输到了重量更轻的 3D 打印塑料中,并开发出了目前版本。

SNAPP 的外形很薄,可以在 0.5 米深的浅水区工作,可以穿过海底岩层,更可以穿过狭窄的裂缝。由于重量轻,阻力小,它能在 0.8 秒内加速到最大速度,并且可以用尾鳍进行急转弯。

在 48 伏、5000 毫安时的电池帮助下,它能以高速间歇性游泳 3 小时,并能在 6 小时内维持 1 米 / 秒的巡航速度。

目前,SNAPP 还具备电气功能和软件功能,例如控制器、反馈系统和方向控制系统,未来还将拥有伺服鳍片和水下摄像头检测功能。

据悉,该项目最初由一名港大学生发起,2017 年底 Timothy Ng 接任了项目负责人的职务,并将这条鱼带到了目前的创纪录水平。

谈及研发过程,他表示:“最大的挑战是如何开始创造创纪录的鱼类。我们选择复制一条鱼的自然运动,这是机器人过去试图避免的事情,但是我们认为这是一条值得探索的途径。”

持续几年的付出,也让该团队获得了由港大工程学院谭荣范创新部举办的第三届 InnoShow 的 “ InnoShow 奖项目”,以及 “第六届香港大学生创新与创新奖” 的亚军(这是由香港新生代文化协会和香港科技园公司举办的创业大赛)。

可以 2.3 米 / 秒的速度游向溺水者

该机器鱼具备搜寻救援、监测水质、以及在水族馆提供娱乐的功能。

由于具有较好的水下移动性,并且能在没有救生员的情况下,提供浮动支撑和拖曳能力。因此 SNAPP 非常适合进行救援和搜索。

当与基于人工智能的视觉系统集成、并使用空中无人机时,它可以形成一个强大的系统,为空袭和水中的受害者提供搜索和营救。

2018 年,为营救被困泰国洞穴的少年足球队成员,前泰国海军海豹突击队队员库南(Saman Kunan)不幸牺牲。该团队表示,如果能够使用 SNAPP,这场牺牲本可以避免。

据世卫组织估计,全球每年有 32 万人死于溺水。在 2012-2016 年,香港报告了 193 例意外溺水死亡病例,其中 66% 的死亡事故发生在没有救生员的情况下。

在演示试验中,救生员对 SNAPP 在游泳池中的表现感到惊讶。他们称 SNAPP 的快速执行力可以很好地帮助挽救生命,因为在溺水情况下,时间就是生命,而 SNAPP 的快速运动能力,正是溺水救援所需要的。

也因此,SNAPP 的常见部署地点是挤满游客的海滩,一旦有人出现溺水,在确认挣扎中的受害者身份后,SNAPP 可以 2.3 米 / 秒的速度游向现场。到达后,SNAPP 为受害者提供漂浮支持。

如下图所示,一旦受害者得到保护,SNAPP 会以巡航速度将受害者拖回岸边,此外它还能提供足够的浮力,来支撑一个重达 80 公斤的人漂浮在水面上。

另据悉,它能在没有救生员的情况下提供浮动支撑和拖曳能力,还可作为潜水员的 “宠物”,为他们携带氧气罐等重要设备。当潜水员陷入水流中,可将他们从水中拉开。

也可解决海洋污染和保护海岸线

在检测水质方面,该团队正在研究使用 SNAPP,来解决海洋污染和侦察水下垃圾的问题。

在海底的 SNAPP,可将其位置传递给相关收集器,也可被部署到定期流域中,对水样进行采集和水质监测,如检测海底微塑料等。

同时,大多数海洋尚未为人类所见,SNAPP 还可帮助保护海岸线、以及保护公共海滩免受鲨鱼侵害,同时可以监管水域边界。

虽然 SNAPP 还无法与天然鱼的游动速度相提并论,但它模仿了真实鱼的运动和轮廓,因此能很好地适应海洋环境。它的动作步态和真实的鱼一样,发出的声音很小,可将水下声污染降至最低。

未来,该团队通过胸鳍去改进 SNAPP 的俯仰控制和横摇控制,从而让其在动荡的水下环境中更加机动。

此外,他们还将给其增加识别能力和通信设备,以便主动找到受害人。最后,会通过特别方法,以便在救援时像人工救生员那样,将失去知觉的受害者抬起来,并把他们带回安全地点。

萨德告诉 DeepTech,SNAPP 还在持续更新中,并将于今年九月更新最新技术细节。

加载中...