水母机器人

1 简介

　　在美国科幻电影《黑客帝国》中，有数以千的长着触角的章鱼形状机器人，它们在该片中被称为“卫兵”，可在空中漂移，

　　对人们和宇宙飞船发起攻击。尽管这是科幻电影中的虚构情节，由基努·里维斯（Keanu Reeves）扮演的主人公“里奥”和战友们共同抵御机器人的攻击。但也许在未来这种可在空中漂移的“卫兵”机器人将成为现实。

　　德国费斯托公司最新研制的“水母”机器人就与《黑客帝国》中的机器人十分相似，它们长着许多触角，里面充满着氦气，看上去非常漂亮，能像水母漂在海水中一样漂浮在空中。谈及到这款机器人，费斯托公司还研制出另一种机器人——“机器水母”，这是一种能够在水中漂浮着的机器人。

2 设计特色

　　“水母”机器人是由德国费斯托公司所研制生产。它长有触角，体内充满了氦气，在空中飘浮时就好像水中浮动的水母一样。“空中水母”的灵活性与便捷性体现了人工智能方面的研究成果，将在海底勘探和航空航天等领域有着光明的应用前景、

　　机器水母的球形身体是个用激光烧结制成的密封舱。它长着8根触须，这些仿生触须的构造取材于对鱼鳍功能的剖析。每根触须包含软硬适度的“主心骨”，骨外面连着柔性的表面，表面分成两个腔，压力可以分别调整，使整个触须向某个方向弯曲。每根触须的顶端都有小鳍。受触须带动，小鳍像鱼尾那样划水，推动水母机器人前进。

　　要做到在水中自如游荡并不容易，水中机器人配备了一系列的传感器、功能颇强的通讯系统，还有基于机器人群体智能的控制软件。压力传感器告诉水母当前所处的深度，精确到几毫米；光感应器向它报告潜在障碍的大致位置，包括周围其他机器人水母在哪里。

　　3相关新闻

　　据英国每日邮报报道，2013年3月份，美国海军兵工厂最新研制一款自治化“机器人水母”，它的体积较大，并且与成年人体重相近。美国弗吉尼亚理工学院工程系研究人员最新研制这款机器人原型，它被命名为“Cyro”，之前该研究小组研制了另一款机器人水母，体积是人类手掌大小相近，接近于海滩上最常见的水母物种。

　　机械工程系博士生亚历克斯-维拉努埃瓦说：“较大的装置允许更多的有效负载、更长的持续时间和更长距离的操作性。生物学和工程学结果表明较大的装置具有较低的运输成本，它可用于测量运输方面的能量消耗。”

　　这两款机器人水母是多个大学联合项目的一部分，投资500万美元。水母是一种较有吸引力的候选模拟者，因为它比其它海洋物种具有较低的代谢速率，消费较少能量。此外，它们具有各式各样的体积、外型和色彩，有助于实现多项设计。

　　水母栖息在全球主要海域，有能力抵御淡水和盐水环境不同等级的温度变化。多数水母物种存在于较浅沿海区域，但一些存在于海平面7000米以下。

　　研究小组正在建造这个机器人水母模型，集成流体力学并研制控制系统。“Cyro”的名字源自Cyanea capillata水母，研究人员希望这款机器人水母未来有助于理解像这样体积大小动物的机械推进力。体积较大和较小机器人存在着较大的差异性，Cyro由一块可充电镍氢电池提供动力，“皮肤”是由厚硅树脂材料制成，用手接触有一种粘乎乎的感觉，它能够保持水母物种的外型特征和运动学，独立地在水中游动，同时可能收集、存储、分析和传达敏感数据。

　　美科学家打造机器水母可当水下间谍

　　美国弗吉尼亚理工大学工程学院研制的机器水母“Cyro”，长5英尺(约合1.5米)，宽7英寸(约合18厘米)，重170磅(约合77公斤)，机械肢上覆盖着白色硅树脂。

　　北京时间2013年5月10日消息，据美国有线电视新闻网(CNN)报道，美国弗吉尼亚理工大学工程学院的一组研究人员研制出一款名为“Cyro”的机器水母，可以充当军方的水下间谍。它的能力让超级间谍007也自愧不如。

　　Cyro是美国海军水下作战中心和海军研究办公室出资的一项计划的研究成果。这项计划共投入500万美元，由美国各地的多所大学参与，旨在研制自供电的自治机器人，用于进行水下监视任务或者监测海洋环境。弗吉尼亚理工大学的机械工程系博士生亚历克斯-维拉努瓦表示：“我们正尽可能让这款机器人接近于真正的水母，包括在外观、移动方式和感觉等方面。”

　　美国海军过去就曾研制机器水母，但没有一个能够与Cyro相提并论。2012年，由机械工程学教授沙沙克-普利亚领导的弗吉尼亚理工大学的研究团队揭开了名为“RoboJelly”的Cyro早期原型的神秘面纱。不过，RoboJelly的尺寸很小，只有人手大小。维拉努瓦指出：“研制体积更大的机器水母的一个重要原因在于增加有效载荷，为安装仪器设备提供空间，允许其执行更为复杂的任务。另一个重要原因在于，机器人的体积越大，往往意味着效率更高。根据生物学家对动物进行的研究，体型越大的动物从地点A前往地点B所耗费的能量也越小。”

　　“Cyro”这个名字来自于学名“Cyanea capillata”的霞水母。这款机器水母有8条手臂，表面覆盖白色的柔软硅树脂。在设计上，Cyro能够模拟真实水母的移动方式，在水中自行推进。Cyro的中部有一个控制盒，充当它的大脑。研究人员尚未在Cyro身上安装摄影机，但以后会进行安装，同时还会安装其他监视设备。维拉努瓦说：“Cyro装有一个基本控制系统。我们事先对Cyro进行编程，制定所需完成的任务。进入水中后，Cyro便会按照预先设定的程序执行任务。”

　　Cyro采用可充电的镍氢电池，其中一个缺陷就是游动时间较短，只能连续游动4个小时。维拉努瓦表示：“这种缺陷从某种程度上说是电池导致的。这项计划的目标是研制出一款能够长时间在水下活动的机器水母，同时尽可能将维护需求降至最低。未来的Cyro将拥有更长的续航能力，一次可在海中逗留数周，甚至数月。”

　　研究小组正在寻找其他能量源，为Cyro提供电力。维拉努瓦说：“真正的水母也无法在不进食情况下游动。机器水母也是如此。它们必须补充燃料。我们正在寻找新的能量获取方式，利用能够在海洋中利用的任何能源，例如太阳能和波浪能。此外，我们还在研发更为新奇的方式，例如利用微生物燃料电池消化海水中的营养物。”

　　这款原型距离部署到海洋还有几年时间。机器水母拥有很多潜在应用。这种机器人可以用于研究鱼类，监测洋流或者清理漏油。在军事监视行动中，机器水母也能够发挥重要作用。维拉努瓦说：“水母的一个巨大优势就是欺骗性，它们是一种你不会感到威胁的动物。如果我看到一个机器鲨鱼和一个机器水母，我一定更提防机器鲨鱼，而不是机器水母。”

4 氢动力

　　概述

　　美国弗吉尼亚理工大学工程师约纳斯-塔德塞等人在美国海军研究所的赞助和支持下，发明了一种氢气动力水母机器人--“机械水母”，这种神奇的机器人在水中可以像真正的水母一样游动。

　　塔德塞等人的研究成果发表于《智能材料与结构》杂志之上。塔德塞介绍说，水母游动的动作简单有效，因此这可以作为水下机器人的理想模型。此外，机械水母以氢作为燃料，从理论上讲，它的能量将取之不尽用之不竭。塔德塞表示，“据我们所知，这是第一个采用外部氢气作为燃料来源的水下机器人。”

　　结构特点

　　水母是利用其伞状体内部的环肌进行移动的。当它们收缩时，伞膜将水母的身体关闭于其中，并排出水流，从而推动身体向前移动。当肌肉放松时，伞膜又会恢复原来的形状。为了模拟水母的运动机制，机器人必须要使用有形状记忆能力的合金，也就是说所使用的材料能够记住原始形状。然后，再将这些材料包装于碳纳米管中，并涂上一层铂黑粉。

　　机械水母的动力来自于水中的氧和氢以及表面的铂之间的化学反应所产生的热量。化学反应产生的热量传递到机械水母的人造“肌肉”上，使其达到伸缩变形的目的。这就意味着机械水母可以从其周围的水中获得再生燃料，而不是仅仅依靠有限的电池能量。研究团队认为，机械水母的能量应该取之不尽用之不竭。

未来发展

　　至今机械水母仍处于研发早期阶段，但研究人员表示这种机器人最终将可应用于水下营救作业。这个机械水母可以同时伸缩8节身体。研究人员正在考虑如何改进，以更方便的方式单独控制每一节身体。如果能够找到解决方案，那么改进版的机械水母活动将更加灵活。

　　这项研究由美国海军研究所提供赞助和支持。他们希望这项发明将能够应用于美国海军和海军陆战队中。