@ 2017.11.15 , 17:00

混在鱼群里的机器鱼间谍

混在鱼群里的机器鱼间谍
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瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的研究人员们最近已经开发出一种新型的微型机器人,这种机器人可以和鱼一起游泳,并学习鱼的沟通方式,从而使鱼群改变方向或聚集在一起。新型机器人的这些功能已经在对斑马鱼进行的实验中得到了验证。

以Francesco Mondada教授为首的瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员们,已经开发出一种微型机器人,可以完美地融入斑马鱼的鱼群。这些研究人员的工作是欧盟研究计划的一部分,他们的研究结果已经被发表在期刊《生物灵感和仿生学》上了。

该研究的作者之一,博士后研究员Frank Bonnet笑着说道:“我们创造了一种能够潜入这些小鱼鱼群的‘秘密特工’。” 这个新型机器人的身体上配备有磁铁,磁铁将其与安装在水族馆下面的微型发动机连接,从而推动它在水中行进。研究人员之所以选择斑马鱼作为研究对象,是因为斑马鱼是一种精力充沛的物种,它们的鱼群倾向于快速移动和变向。

这一研究计划分为两个方面。首先是生物学,这一方面的目标是研究鱼群个体之间的社会互动。在这方面,机器人帮助科学家刺激目标并测试鱼群的反应。另一方面则是机器学,这才是EPFL的研究人员们所集中注意力的工作。

首先,研究团队确定了一些能够帮助机器鱼融入斑马鱼群的关键标准,比如鱼的形状、颜色、条纹等。同时,鱼群的行为特征也被考虑在内了,比如线速度、加速度、个体之间的距离、鱼群的规模以及鱼群摇动尾巴的节奏。研究人员们还希望开发一个闭环系统,在这一系统中,机器人不仅能影响鱼群的行为,而且能通过学习如何交流和移动来使自己的行为更加拟真。比如,该机器人的游泳机制最初是在生物学家的帮助下设计的,然后随着机器人的学习而逐渐变得完善。

研究小组在不同的水族馆测试了他们的机器人,这些测试涉及十个鱼群(每个鱼群有四只斑马鱼)。对于每项测试,研究人员都记录了个体的位置和运动、整个鱼群的运动以及机器人融入鱼群的倾向。然后与相同条件下对五只斑马鱼组成的鱼群(没有机器人)的观察结果相比,他们的结果很明确。Bonnet说道:“这些鱼丝毫没有察觉到机器人的参与,而机器人也能很好地模仿鱼的行为,促使它们改变方向或从一个区域游到另一个区域。”

类似的研究还在对像蟑螂这样的昆虫进行。Bonnet说道:“鱼是复杂得多的动物,为了融入昆虫群落,机器人只需要释放某种信息素。但是为了融入脊椎动物群落,需要涉及到更多的标准,比如外观、运动等。”

本文译自 phys,由译者 Lough 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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