不像蛇的仿生蛇凶猛迅捷，吓人一跳

　　不像蛇的仿生蛇凶猛迅捷，吓人一跳

　　浙大科学家搞了一个机器动物园

　　浙江大学玉泉校区西南面的工控新楼，楼如其名，是一幢非常“工”的教学楼：里面的团队搞机械、控制、电子……各种工程研究，成员也基本上都是笔笔直的工科男。

　　可是这里的世界，反而别有一番洞天。

　　昨天，钱报记者走进工控新楼一层最深处任沁源副教授的实验室。这里简直就是一个动物园：蝴蝶、蛇、蜘蛛、螃蟹、尺蠖(huò)、鲤鱼……上天入地，各色动物。

　　任沁源是控制科学与工程学院的科学家，所以那些动物也不是一般的生物，是一群智能仿生机器人。团队最新的成果机器蛇相关的研究，发表在最近一期《信息与电子工程前沿》(《FITEE》)上。

　　运动能力最强的动物——

　　如入无人之境的“蛇”

　　蛇，对环境具有非常强的自适应能力，这一直是人类科学家十分感兴趣的课题。

　　“在沙漠、陆地、树上和水中，蛇都可以保持快速移动。并且，由于细长的身躯(蟒类不在其列)，蛇可以到达很多其他生物无法涉足的逼仄区域，是‘全地形’动物。”任沁源也关注到这种世界上运动能力最强的生物之一。

　　“传统机器人对环境复杂性的感知以及自适应性都比较差，我们可以向大自然中的动物学习，做出更好的机器人。”任沁源说，所以他们想做仿生机器人，设计一些和生物系统类似的人工机械系统，把动物对环境的强大自适应能力，通过控制的算法，转移到人工机械上去。

　　在非洲东部，吉普提的伊萨人很神奇，他们可以支配蛇，让蛇跟着音乐，一起摇头晃脑。在浙江大学，科学家则用科学的方法来控制一条“蛇”。

　　“我们做的是仿生控制，通过学习生物体内的生物控制机制，比如大脑中枢模式发散器，用类脑的计算方法，控制机器蛇的运动。”论文的第一作者博士生欧阳文娟告诉记者，实验室的这条机器蛇，头部有微处理器和蓝牙模块，微处理器里有控制算法(小脑模型控制器+中枢模式发生器)。

　　就像运动神经发达的人，可以完成协调性要求更高、更复杂的动作。任沁源实验室的这条机器蛇，有着非常先进的仿生物神经反应(运动控制)系统，因此它的运动模态也很多，运动灵活性更强。

　　机器蛇目前正在新加坡合作实验室测试，记者在一段视频里见到这条蛇：它长60厘米，动起来和生物蛇一样，快速蜿蜒前进，平滑无声，迅速凶猛。记者竟然不由自主地往后退了退。

　　这条蛇能够按照科学家指定的路线运动，也可以轻松地避障。任沁源说，未来，机器蛇会在自然灾害救援领域发挥很重要的作用。比如地震、火场，这类不可预计的复杂环境，它们能够随着环境变化，帮助执行勘探任务；也可以穿越灾区的障碍物，在狭窄的废墟内部展开搜索、救援。

　　而一群考古学家也早就瞄上机器蛇，比如探索金字塔就可以将机械蛇放入，在不破坏结构和环境的情况下，勘探其内部结构。

　　动物园元老——

　　能急转弯的圆胖子“锦鲤”

　　锦鲤，是机器人动物园的起点。

　　研究最开始是从一打一打的锦鲤开始的。活的鲤鱼。

　　2010年，任沁源博士毕业后，前往新加坡国立大学计算机与电气工程学系，从事水下无人智能系统的导航与控制研究。

　　新加坡是一个岛国，周边海洋情况复杂。“水面状况复杂，水下有水草、海藻、珊瑚的水域，传统的船只、潜水艇不方便运行，而且螺旋桨驱动容易破坏环境。”科学家想做一条机器鱼来深入海洋。

　　机器鱼，就是这样应运而生的。

　　“鲤鱼的运动复杂性和形体的载重能力，对机械来说，是一个好的平衡。”任博士解释说，机器人需要一定装配，比如身上的传感器、计算机，鲤鱼的大体格的纺锤形(类似圆柱形)身体，也比较符合机械系统的设置。

　　但锦鲤是个灵活的圆胖子。锦鲤有一种凶猛的运动模态叫“C-Sharp Turning”，就是说，即使在很小的范围里，这样肥圆身形的锦鲤，也能以迅雷不及掩耳之势急转弯的。

　　机器怎么学锦鲤游泳呢？先养鱼观察。

　　“我们买了很多锦鲤来养。”同时，实验室搭建了高速摄像设备，用三维重构方式捕捉锦鲤的运动，经过分析规律后进行抽象数学建模。

　　听起来，有点“花港观鱼”的意思。可事实上哪里有这么浪漫，科学家们一天得盯着看好几个小时看鲤鱼游泳，“非常辛苦，后来看到鱼就烦。”

　　而且锦鲤不好养。“它们对温度、饮食有比较特殊的要求，也很容易生病，比如长霉菌。”任博士的锦鲤们，前期大量牺牲。他常常一次买一打锦鲤到实验室饲养、观察，“高速摄像机整天对着，光线照着，它们也不开心。”

　　实验室里为科学献身的锦鲤，是普通的品种，约100多元人民币一条。但是我们人类有理由，向这些默默支持科学事业的锦鲤致敬。在它们的帮助下，机器鱼诞生了。

　　机器鱼体长80厘米，外形和锦鲤长得一样。

　　鱼，这会也在新加坡合作实验测试。记者还是在视频里，领略了它的英姿：

　　它能学锦鲤动态地上浮、下潜——通过改变全身重心比重，摆动身体畅游在不同位置的水域。当它正慢慢地往深水处游时，突然，它尾巴一扭，一个猝不及防的急转弯。

　　机器鱼由伺服电机驱动，游起来几乎悄无声息。目前，这条鱼的相关产品已经在渔场应用，它可以进行近水域的勘探，也可以在复杂环境采集水样。

　　实验室对这条“锦鲤”的研究还在继续。“接下去，我们希望探索机器鱼在复杂环境里的定位和导航功能。”科学家希望打造一条全智能鱼，同时，实验室还想打造机器鱼群运动。

　　工控新楼的有趣事件，还有很多。

　　再过一段时间，大楼南边的草坪就会开始生长出大片的野蘑菇，一茬一茬，不同的品种。

　　倘若你去那里转转，没准能碰到每年初夏，任沁源开的一门课程的成果验收——春学期末，同学们要做一个和飞行相关的机器人。这个时候，那里就是野生动物园了。

　　章咪佳

章咪佳