“魔鬼魚”如何探尋千米深海秘境？這場“寧波市科技成果科普發(fā)布”的最新活動帶你揭秘

在水下航行領(lǐng)域，有一條明星“魔鬼魚”。

兩年前，這條“魔鬼魚”在我國西沙北礁海域成功完成1025米大深度滑翔與撲翼一體推進(jìn)海試，成為全球首例完成此舉且具有應(yīng)用能力的仿生水下航行器。

這條“魔鬼魚”是以蝠鲼為原型設(shè)計的仿蝠鲼柔體潛水器。今年年初，“滑撲一體仿蝠鲼柔體潛水器技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目一舉斬獲了中國造船工程學(xué)會首個技術(shù)發(fā)明特等獎。

近日，“寧波市科技成果科普發(fā)布”的最新活動邀請到西工大寧波研究院副研究員曹勇，為大家展示中國首款具備應(yīng)用能力的仿生水下航行器——滑撲一體仿蝠鲼柔體潛水器，揭秘其關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域。

海洋里有眾多生物，為什么選擇蝠鲼作為仿生對象？曹勇表示，蝠鲼采用胸鰭推進(jìn)作為其運(yùn)動方式，兩個“大翅膀”和身體融為一體，形成扁平流線型，不僅有利于穩(wěn)定且靈活的運(yùn)動，還能有效借助海洋洋流的能量實(shí)現(xiàn)更高效率的滑行運(yùn)動，從而充分滿足長航時、高機(jī)動水下航行器的仿生需求。

從2016年以來，曹勇所在的團(tuán)隊(duì)就利用高速相機(jī)對蝠鲼開展活體觀測研究，對它們滑翔與撲動時產(chǎn)生的運(yùn)動姿態(tài)進(jìn)行分析，建立了外形參數(shù)模型與運(yùn)動參數(shù)模型，進(jìn)而研制出了我國首款滑撲一體自主變形仿生柔體潛航器。

七年間，從泳池“游”到南海深處，“魔鬼魚”不斷“成長”。

目前，“魔鬼魚”家族已經(jīng)有六代仿蝠鲼潛水器樣機(jī)。曹勇介紹道，一代機(jī)模仿?lián)湟磉\(yùn)動，形神兼?zhèn)?；二代機(jī)被設(shè)計成2米剛性翼展，增加了一套浮力裝置，可以在大深度情況下自由滑翔；三代機(jī)是個大家伙，翼展達(dá)3米，重470公斤，能執(zhí)行“大范圍粗維度+細(xì)維度”原位作業(yè)任務(wù)……

在“魔鬼魚”的“成長”過程中，重浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)與質(zhì)心調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)是兩個核心驅(qū)動裝置，是實(shí)現(xiàn)滑翔動力的來源?！叭嵝孕伥挀鋭邮且粋€復(fù)雜的運(yùn)動，就像劃船一樣，需要多自由度的混合驅(qū)動系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)撲翼的仿生推進(jìn)。”

如何將控制算法跟結(jié)構(gòu)進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)智能自主控制？曹勇揭秘，除了結(jié)構(gòu)仿生，還要實(shí)現(xiàn)神經(jīng)仿生，團(tuán)隊(duì)采用CPG（中央模式發(fā)生器）控制算法，實(shí)現(xiàn)滑撲多模態(tài)運(yùn)動，從而使仿生航行器達(dá)到與蝠鲼運(yùn)動推進(jìn)神似的目的，使他具備豐富的“游動技能”，能自如、機(jī)動地在海洋中“遨游”，實(shí)現(xiàn)“形似”且“神似”的雙重仿生。

曹勇透露，目前團(tuán)隊(duì)正在研制最新的六代800kg級的大型工程樣機(jī)。通過搭載聲吶成像、被動水聽器陣列等多種傳感器，相當(dāng)于給它裝上“眼睛”和“耳朵”，用于海洋環(huán)境觀測和海底科考。另外，通過裝上柔性感知，相當(dāng)于裝上了“大腦”，使其具備感知與推進(jìn)一體化能力，從而適應(yīng)洋流、復(fù)雜地形等海洋環(huán)境。同時，通過開展智能化集群研究，使多個樣機(jī)形成機(jī)群，能夠根據(jù)需要開展不同的分工，更高效地完成各項(xiàng)任務(wù)。

“未來某一天，仿蝠鲼航行器最終會回歸海洋，實(shí)現(xiàn)‘鯤鵬展翅，自由翱翔，一躍千里，群游四?！瑸楹Ｑ筇剿魈峁┲匾夹g(shù)支持，守護(hù)祖國的海洋?！辈苡抡f。

“寧波市科技成果科普發(fā)布”系列活動由寧波市科協(xié)聯(lián)合寧波日報報業(yè)集團(tuán)共同推出。為生動展示寧波的科技創(chuàng)新成果，以大眾喜聞樂見的形式進(jìn)行科普發(fā)布和應(yīng)用推廣，并進(jìn)一步擴(kuò)大科技成果的影響力，活動邀請各行業(yè)相關(guān)科學(xué)家盤點(diǎn)寧波科技的硬核突破，讓深奧的科技成果變得切實(shí)可感，在揭秘“黑科技”中窺見未來。