【前沿】中科院自动化所研发仿生水母,能在水下自由穿梭

2019 年 8 月 12 日 中国自动化学会


CAA
智慧起航,共创未来

【导读】近日,由中国科学院自动化研究所喻俊志研究员担任通讯作者的论文发表在了SCIENCE CHINA Information Sciences期刊上,该团队研发出一条能够在水下自由穿梭的水母,形象逼真,甚是可爱。

研发一只能够在水下任意穿梭的仿生机器鱼,一直是很多科学家的梦想。 而且近年来,层出不穷各种各样的仿生鱼也个个身怀绝技,将真鱼的形态模仿的惟妙惟肖。
而在神奇的海底世界,还有一种更加可爱的生物,那便是水母, 他们大多通体透明,通过腔体的收缩与扩张,实现了高效、灵活的喷射式推进,也成为很多仿生学家争相模仿的对象。

在仿生水母领域,最出名的莫过于德国知名企业FESTO研发的超大型仿生水母。只不过这只水母和真正的水母不尽相同,它是仿照水母的推进方式,将这款机器人应用到了在空气中漂浮。

近日,来自中国科学院自动化研究所的喻俊志研究员及其团队,便研发出了一款能够真正在水里游泳的仿生水母。


它将水母模仿的惟妙惟肖。最为关键的是,它完全模仿了水母的推进方式,实现了其三维空间的游动及姿态自主调整。

据介绍,虽然仿生水母很早就吸引国内外学者的关注,但是多年以来的研究还是存在很多弊端,比如,水母的速度较慢,灵活性较差。对未来实际应用存在很大挑战。


喻俊志研究员课题组研究的新型水母,较之前的研究在机构和控制方面都取得了很大进步:


在机构设计方面,他们采用多连杆机构设计了仿生机器水母,来模仿水母腔体的收缩和扩张运动。


该款仿生机器水母腔体高138 mm,重8.2 kg。四个多连杆机构呈中心对称地分布在仿生机器水母中心线四周,并附粘一圈橡胶外皮以形成密闭的腔体。通过多连杆机构的运动带动外皮收缩和扩张,实现仿水母式喷射推进。


此外,为增加三维机动能力,该项研究在仿生机器水母机构设计中增加了重心调节机构。利用该机构调整配重块的位置,实时调整仿生机器水母的三维姿态。


在运动控制方面, 该项研究提出了基于强化学习的仿生机器水母姿态控制方法,通过构建基于Q学习的仿生机器水母姿态控制器,使仿生机器水母具有自主学习并完成姿态控制的能力。通过一系列仿真及水池实验证明了所提方法的有效性。

以下是该仿生水母测试时的视频:

研究相关的论文题目为:“Design and attitude control of a novel robotic jellyfish capable of3D motion”,原文链接为:http://scis.scichina.com/en/2019/194201.html


文章来源: 机器人大讲堂、中国科学杂志社

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  中国科学院自动化研究所(以下简称自动化所)成立于195610月,是我国最早成立的国立自动化研究机构和最早开展类脑智能研究的国立研究机构。自动化所同时是中国科学院率先布局成立的“人工智能创新研究院”的总体牵头单位,“脑科学与智能技术卓越创新中心”的依托单位之一,也是国内外首个“人工智能学院”牵头承办单位,具有从智能机理、智能芯片、智能算法到智能系统完整的学科分布和优势领域。    

  六十多年来,自动化所为我国国民经济建设、社会进步、科技发展和国家安全做出了重要的贡献。建国发展初期,自动化所开拓了我国的控制科学,为“两弹一星”做出了历史性的贡献;改革开放年代,自动化所开创了我国模式识别智能信息处理的新领域;1990年代,自动化所以控制科学为基础,率先布局了人工智能研究;2010年起,自动化所率先布局类脑智能研究;2018年,自动化所开启自主进化智能研究的新格局。 

  自动化所现设科研开发部门14个,包括模式识别国家重点实验室、复杂系统管理与控制国家重点实验室、国家专用集成电路设计工程技术研究中心、中国科学院分子影像重点实验室、脑网络组研究中心等科研部门。还有若干与国际和社会其他创新单元共建的各类联合实验室和工程中心。 

  2018年底,自动化所共有在职职工898人。其中科技人员696人,包括中国科学院院士2人、发展中国家科学院院士1人、研究员及正高级工程技术人员103人、副研究员及高级工程技术人员221人;共有国家海外高层次人才引进计划(“千人计划”)入选者1人,青年千人计划入选者1人;中国科学院“百人计划”入选者23人(新增2人);IEEE Fellow9人(新增3人);国家杰出青年科学基金获得者14人,“万人计划”入选者11人(新增5人);百千万人才工程入选者10人,科技部中青年科技领军人才5人(新增3人),国家优秀青年基金获得者5人。 

  自动化研究所是1981年国务院学位委员会批准的博士、硕士学位授予权单位之一,现设有控制科学与工程等1个一级学科博士研究生培养点,计算机应用技术等1个二级学科博士研究生培养点,并设有控制科学与工程等1个一级学科博士后流动站,共有在学研究生722人(其中硕士生273人、博士生449人)。在站博士后81人。 

  自动化所长期坚持“智能科学与技术”研究,在生物特征识别、机器学习、视觉计算、自然语言处理、智能机器人和智能芯片等领域形成了系统的理论方法和体系,并取得丰富的研究成果;已形成从原始创新、核心关键技术研发到技术转移转化的智能技术生态,正在迈入国际上智能科学与技术领域具有重要影响的战略高技术研究机构。

   近年来,自动化所共获得省部级以上奖励30余项。发表论文数量逐年增加,质量不断提高;专利申请和授权量连年攀升,多年位居北京市科研系统前十名。绘制的“脑网络组图谱”第一次建立了宏观尺度上的活体全脑连接图谱,获得国际同行的广泛关注和好评;量化神经处理器(QNPU)通过自主创新的架构设计和神经网络优化技术,首次在资源受限的芯片上实现了大规模深度神经网络的独立计算,处于业界领先水平。生物特征识别技术实现了从中距离到远距离的可识别生物特征信息(虹膜-人脸-步态)全覆盖,研制成功一系列自主知识产权的远距离虹膜人脸多模态身份识别产品,在国家重要安全领域推广应用,相关技术入选2018年度“十大技术突破”;音智能处理整体解决方案已经受过大规模实际应用检验,系统接口已成为行业标准;基于自动化所语音识别技术的“紫冬语音云”在淘宝、来往等阿里巴巴旗下移动客户端产品中得到推广;“分子影像手术导航系统”通过国家药监局医疗器械安全性及有效性检测认证并进入临床应用;“仿生机器鱼高效与高机动控制的理论与方法”获得2017年度国家自然科学奖二等奖,研制的机器海豚实现了1.5倍体长的最高直线游速,并在国际上首次实现了机器海豚完全跃出水面;“智能视频监控技术”和“人脸识别技术”分别成功应用于2008年北京奥运会、2010年上海世博会的安保工作中,为社会安全贡献自己的力量;研制的AI程序“CASIA-先知1.0”采用知识和数据混合驱动的体系架构,在2017首届全国兵棋推演大赛总决赛中71的悬殊比分战胜人类顶级选手,展示了人工智能技术在博弈对抗领域的强大实力;与中国日报社合作构建“全球媒体云”综合平台,受到广泛好评;研制的电子光学玻璃印刷全自动AOI智能检测设备,可全面监控丝印关键制程品质情况,实现整个丝印工艺的全自动化生产,该技术一举填补了电子玻璃行业空白;“基于ACP方法的石化企业智能管理系统及应用”先后应用于茂名石化、齐鲁石化,为实现企业生产管理的精细化提供了有效的工具,并荣获“中国石油与化工自动化行业科技进步一等奖”……  

  新的征程上,中国科学院自动化研究所努力创建规范高效、民主和谐、环境优美、具有强大科技创新和可持续发展能力的国际知名的国家研究所,为我国科技事业的发展、为全面建设小康社会做出新的更大的贡献! 

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