他們的同行評議論文《金槍魚機(jī)器人學(xué)：探索游動魚類行為空間的高頻實(shí)驗(yàn)平臺》于2019年9月18日發(fā)表在《科學(xué)機(jī)器人學(xué)》雜志上。這項(xiàng)機(jī)器人金槍魚計(jì)劃是由美國海軍研究辦公室發(fā)起的，授予巴特·史密斯的一項(xiàng)為期五年、耗資720萬美元的多學(xué)科大學(xué)研究計(jì)劃，該計(jì)劃由uva工程機(jī)械和航空航天工程系教授希拉里·巴特·史密斯（hilary bart smith）領(lǐng)導(dǎo)，為了研究不同魚類的有效水下驅(qū)動。

 

　　巴特·史密斯（bart smith）項(xiàng)目的目的是更好地理解魚類推進(jìn)的物理學(xué)，這項(xiàng)研究最終可能為下一代水下機(jī)器人的發(fā)展提供信息，這種機(jī)器人由比螺旋槳更好的類魚系統(tǒng)驅(qū)動。

 

　　水下機(jī)器人在國防、海洋資源勘探、基礎(chǔ)設(shè)施檢測和娛樂等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。然而，在以生物為動力的推進(jìn)系統(tǒng)能夠在有人和無人駕駛車輛上用于公共和商業(yè)用途之前，研究人員必須，也只能夠先可靠地了解魚類和其他生物是如何在水中移動的。

 

　　“我們的目標(biāo)不僅僅是制造一個機(jī)器人。“我們真的很想了解生物能夠遨游水下的科學(xué)原理，”巴特·史密斯說。我們的目標(biāo)是建立一些理論依據(jù)，同時我們可以根據(jù)是什么使生物游泳者如此快速和高效來測試假設(shè)。”

 

　　這個團(tuán)隊(duì)首先需要研究高性能游泳運(yùn)動員的生物力學(xué)。哈佛生物學(xué)教授喬治勞德和他的研究團(tuán)隊(duì)精確測量了黃鰭金槍魚和鯖魚的游泳動力學(xué)。利用這些數(shù)據(jù)，巴特·史密斯和她的團(tuán)隊(duì)、研究科學(xué)家朱建中（音譯）和博士生卡爾·懷特（音譯）建造了一個機(jī)器人，它不僅像魚一樣在水下移動，而且能以足夠快的速度拍打尾巴，達(dá)到幾乎相等的速度。

 

　　然后他們將他們命名為“tunabot”的機(jī)器人與活體標(biāo)本進(jìn)行了比較。

 

　　“關(guān)于魚類機(jī)器人的論文很多，但大多沒有太多生物數(shù)據(jù)。因此，我認(rèn)為這篇論文在機(jī)器人工作質(zhì)量和結(jié)合成一篇論文的生物數(shù)據(jù)方面都是獨(dú)一無二的，”勞德說。

 

　　用粒子圖像測速技術(shù)在流動槽中測試tunabot的視頻，一種測量流量的激光光學(xué)測量技術(shù)

 

　　巴特·史密斯說：“我們在論文中所展示的結(jié)果令人驚奇的是，生物學(xué)和機(jī)器人平臺之間的相似之處，不僅在游泳運(yùn)動學(xué)方面，而且在速度、尾拍頻率和能量表現(xiàn)之間的關(guān)系方面。”這些比較讓我們對自己的平臺充滿信心，并有能力幫助我們更多地了解生物游泳的物理學(xué)。”

 

　　該團(tuán)隊(duì)的工作建立在uva工程在自主系統(tǒng)方面的優(yōu)勢之上。機(jī)械和航空航天工程系是uva engineering網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)鏈接實(shí)驗(yàn)室的參與者，該實(shí)驗(yàn)室專注于智能城市、智能健康和包括自主車輛在內(nèi)的自主系統(tǒng)。

 

　　Tunabot項(xiàng)目是Bart Smith在海軍研究辦公室提出的第二個具有高度競爭力的多學(xué)科大學(xué)研究計(jì)劃的成果；2008年，Bart Smith獲得650萬美元的獎金，用于開發(fā)一個以螳螂射線為模型的水下機(jī)器人。

 

 

　　tunabot的測試在uva工程公司的機(jī)械和航空航天工程大樓的一個大型實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，在一個大約占房間四分之一的水槽中進(jìn)行，在哈佛大學(xué)的一個類似的設(shè)施中進(jìn)行。這種無眼、無鰭的仿魚機(jī)器人大約有10英寸長；生物等效物的長度可達(dá)7英尺。釣魚線系繩使機(jī)器人保持穩(wěn)定，而綠色激光則穿過塑料魚的中線。激光測量機(jī)器人每掃一次裝配好的尾巴所釋放出的流體運(yùn)動。隨著水槽中水流的加速，金槍魚的尾巴和整個身體以快速彎曲的方式移動，類似于活的黃鰭金槍魚游泳的方式。

 

　　“我們在迄今為止的魚類機(jī)器人學(xué)文獻(xiàn)中看到，確實(shí)有其他人制作的偉大系統(tǒng)，但數(shù)據(jù)在測量選擇和呈現(xiàn)方面往往不一致。這只是目前機(jī)器人領(lǐng)域的現(xiàn)狀。我們關(guān)于Tunabot的論文很有意義“我們在迄今為止的魚類機(jī)器人學(xué)文獻(xiàn)中看到，確實(shí)有其他人制作的偉大系統(tǒng)，但數(shù)據(jù)在測量選擇和呈現(xiàn)方面往往不一致。這只是目前機(jī)器人領(lǐng)域的現(xiàn)狀。我們關(guān)于tunabot的論文意義重大，因?yàn)槲覀兊木C合性能數(shù)據(jù)設(shè)定了很高的標(biāo)準(zhǔn)。
 

　　尾鰭骨骼（尾鰭附著的區(qū)域）為3D打?。▉碓矗篫hu et al., Sci. Robot. 4, eaax4615 (2019)）

 

　　勞德說，生物學(xué)和機(jī)器人學(xué)之間的關(guān)系是循環(huán)的。”我認(rèn)為我們在這一領(lǐng)域有一個成功的研究計(jì)劃的一個原因是生物學(xué)家和機(jī)器人學(xué)家之間的巨大互動，“一個分支中的每一個發(fā)現(xiàn)都會通知另一個分支，這是一種不斷推進(jìn)科學(xué)和工程的教育反饋環(huán)。

 

　　巴特·史密斯說：“我們不認(rèn)為生物學(xué)已經(jīng)進(jìn)化到了最佳解決方案。”這些魚已經(jīng)有很長一段時間進(jìn)化成一種解決方案，使它們能夠生存，特別是吃，繁殖和不被吃。不受這些要求的限制，我們可以只關(guān)注促進(jìn)更高性能、更高速度和更高效率的機(jī)制和特性。我們的最終目標(biāo)是超越生物學(xué)。但我們怎么能建造一個看起來像生物學(xué)的東西，卻游得比你在海洋中看到的任何東西都快呢？這就需要不斷地實(shí)驗(yàn)和思考了。”