有人说,毁掉一个人兴趣的最快方式,就是把它当成事业去做。对此,中科院自动化研究所(以下简称自动化所)研究员吴正兴并不认同。十多年前还在读研时,想到仿生,吴正兴头脑中浮现的是“有趣”“知识”“创新”这些词汇。而今,当他和团队亲手把仿生机器海豚、仿生金枪鱼、仿生蝠鲼等放进湖里、海里后,他的感受又丰富了许多。把仿生机器鱼当成事业,吴正兴不仅没有失去兴趣,还“越陷越深”。
迄今,他所发表和参与发表的数十篇SCI期刊论文、已授权的国际国内30多项发明专利、所主持的10项基金或人才项目,都离不开“水下仿生智能机器人”这个关键词。今年,他又凭借长期出色的水下仿生机器人系统研发工作,荣获第一届“中国科学院青年五四奖章”。
鲁班被锯齿草划伤手臂,受此启发发明了锯子;蝙蝠能超声定位,科学家据此发明了雷达……少年时,吴正兴就对这些故事格外感兴趣。大自然是个宝库!
于是他时不时就会留意身边的自然万物,想着会不会受启发发明一些新东西。兴趣归兴趣,在读研之前,吴正兴也没想过自己会从事与仿生相关的科学研究。吴正兴初到自动化所读研时,课题组的方向是机器人控制。导师谭民研究员给了他半年时间,让他“根据自己的兴趣爱好去选择科研方向”。那时他觉得仿生机器鱼“挺好玩”,利用各类知识,让一堆没有生命的机械零件像鱼一样在水里游来游去,很神奇。
没过多久,吴正兴就确定了自己的研究方向——水下仿生智能机器人。
仿生机器鱼具有优越的游动性能,展现出了很好的应用前景。然而,实验研究和工程应用还间隔着鸿沟。吴正兴说,实验室的水池和野外环境完全不同,理论方法和工程应用也是两套思路。“理论方法偏重验证性,工程应用则讲究实用性,后者对平台的稳定性、耐久性等提出了很高的要求。”前期在工程应用中吴正兴和团队确实遇到了不少问题,但他们没有停下脚步。
明明在实验室测试时没问题,但在湖里、海里工作时间一长,机器鱼的密封性、结构稳定性就容易出问题。加之团队的工程经验不足,许多工程技术问题在机器鱼们走出实验室的过程中暴露出来。
仿生机器鱼是一类新型水下移动机器人,它们的应用前景有着极大的想象空间。
比如,它们可以是生物学家探索海洋生物的“第三只眼”,也可以是摄影师水下拍摄的“好搭档”,还可能成为水下救援、水下考古、水下设备检修、探测可燃冰等场景的重要工具。吴正兴告诉《中国科学报》,目前,国外有很多大学、科研机构、科技公司在研究仿生机器鱼,做出了不少成果。
而国内的研究也不甘落后,比如北京航空航天大学文力教授团队对鮣鱼的吸盘结构感兴趣,研发了仿生吸盘;浙江大学李铁风教授团队以柔性材料见长;西北工业大学潘光教授团队的工程化水平很高,实现了仿生蝠鲼千米深度的滑翔……吴正兴所在的研究团队,则把机器鱼的“高速、高机动性”作为重点方向,先后实现了仿生机器海豚的连续跃水运动、高机动仿生机器鱼每秒670°转身、高速机器鱼超过7倍体长/秒的游速、仿生蝠鲼的竖直翻滚运动等。
研究团队深耕仿生机器鱼这个研究方向,培养了一批研究生,也取得了一系列科研成果。但是吴正兴觉得,许多成果都只发表了学术论文,“始终缺少一个系统性、全面性的总结”。他找谭民、喻俊志两位导师商量,觉得应该把团队研究的一部分工作串联起来,系统性地做点总结。三人一拍即合,合著了专业科普书《水下仿生智能机器人》。在这本书中,他们介绍了几种机器鱼平台的仿生机构设计、运动建模和智能跟踪控制等。
“这些成果理论联系实际,介绍得非常详细,一是希望将我们的一些学术见解和心得体会进行分享,与他人交流;二是为从事类似研究的工作人员提供一些参考。”吴正兴说,“三是为一些学生和喜欢仿生机器鱼的人提供科普读物,欢迎他们凭着兴趣来到仿生鱼的精彩世界。”