隨著海洋、河湖水資源的開發、利用和保護，水下作業日益增多，對水下機器人的需求也在增加。南京工程學院創新創業學院陳巍副教授領銜研發的魚形仿生水下機器人，擁有多種“才藝”，成為水下作業“能手”，已“游進”國際市場。
據了解，水下機器人市場是一片有待充分開發的“藍海”。“目前水下機器人產品存在著續航能力弱、環境擾動大、機動性能差等問題，我們團隊研發的魚形仿生水下機器人，力求在解決此類問題上取得突破。”陳巍告訴記者。
魚形仿生水下機器人造型看起來就像常見的魚，摸起來的手感也很像真魚。其個子有大有小，大的有8米、10米長，小的只有0.5米長。“大有大的能量，小有小的作用。”陳巍舉例說，0.5米長的魚形機器人在湖泊水質監測中就可以派上用場。比如在對太湖水質進行的一次監測中，300多條0.5米長的魚形機器人被放到湖水中，每人都有“責任水”，分別負責監測1米、3米、5米、8米、10米深的水質，當場就把PH值、含氧量等水質分析數據采集記錄下來，返回時即按設定把數據傳遞到位。其效率和工作質量，遠非傳統的“人+船+吊瓶”到湖中多點取水進行監測可比。而對廣大的海域進行水下地形地貌勘察，“大個子”魚形機器人則可大顯身手，其身價也不菲，一個售價就要上百萬元。該機器人還能像4旋翼無人機在空中跟拍那樣，在水下進行跟蹤拍攝。
水下作業“能手”的背后是一系列硬核新技術的支撐。魚形水下機器人研發項目的全稱是“復雜水下環境勘查集群仿生機器人關鍵技術及應用”，由南京工程學院、東南大學和博雅工道（北京）機器人科技有限公司共同完成。陳巍告訴記者，該項研究獲得了國家自然科學基金、江蘇省人才計劃和企業科技支撐項目等10余項資助，科研攻關歷時6年，在水下仿生機器人軟體親水型材料、多關節仿生結構與推進系統設計、慣性基的水下組合導航定位技術、基于群體智能協同的水下勘查決策等方面均取得突破。
自主設計了柔性多關節魚形仿生機器人結構，有效減小流體阻力。首次提出基于實時姿態信息的伺服驅動控制方法，解決了機器人在復雜水下環境里電機頻繁換向和缺相故障問題，提高了穩定性。
結構仿生與材料仿生相融合，突破了仿生魚皮材料耐壓等級低、防水性能差、減阻效果弱的技術瓶頸，研制出機器魚新型肌肉材料。
發明捷聯慣導快速對準估計方法，提出基于特定運動軌跡激勵的安裝誤差標校方法，設計基于智能控制的多源信息自適應濾波器，實現信息源的即插即用，在該領域達到國際先進水平。
發明了水下分布式集群航路規劃和編隊方法，解決了水下機器人航路規劃效率低、準確性差、多機編隊集結速度慢等技術難題。
“以機器人體長計，我們研發的魚形機器人轉向速度高于國外同類產品20%，初始對準時間縮短5倍，動態對準精度提高10%，多水下仿生機器人集群組網數量>32個，整體作業效率提高5倍，達到國際先進水平，而設備價格僅為國外同種規格仿生機器人的50%。”陳巍自豪地說，項目成果已在技術型企業中實現產業化運作，成功應用于水下沉潛油監測、水域污染物追蹤溯源、水下救援偵查、海洋生物觀測、水下構筑物勘察、消費級水下無人機等領域，項目產品遠銷美、日、歐等國家，2018年國內外市場銷售額達2.8億元。
據悉，該項研究獲授權專利61件，發表SCI/EI高水平論文30余篇，牽頭或參與制定行業標準2項，填補了國內該行業標準空白。 記者 蔣廷玉
