
我校承担的科技部“十一五”“863”项目成果,由自动化学院仿生微机器人实验室出品的6条微型仿生机器鱼,在“两会”期间“游”到了京城,在3月8日至3月14日国家会议中心举办的 “十一五”国家重大科技成就展中“惊艳亮相”,赚足了“风头”,受到科技部领导的好评与关注。
“自然界的生物,经历漫长的进化过程,所形成的机体是最科学的,具备了最优化的运动方式,”项目负责人、我校长江学者讲座教授郭书祥沉思着对记者说,“就像飞机也是模仿鸟儿飞行的原理而发明设计的一样”,郭书祥教授课题组把仿生学原理与水下微型机器人研究有机结合起来,成功地研究设计出多种具有广阔应用前景的水下微型仿生机器人。现在,就请您跟随记者的追踪一起走进这充满奥妙的仿生“水族”世界,一起感受我校师生在国家级重大展会上为校争光的动人瞬间吧。
厚积薄发———小鱼大智慧,鱼尾巴的奥秘
记者通过在国展现场拍回的视频看到6条只有几厘米长五彩斑斓、憨态可掬的仿生机器鱼活灵活现、安详自若地畅游在清澈透明水族箱里,它们游动的姿态与真鱼相差无几,稍远些看去,甚至可以产生以假乱真的效果。无电机驱动,没有马达和螺旋桨的嗡鸣噪音,仿生鱼是如何实现自由游动的呢?
科技含量高、技术过硬表现自然出众。别看这些小鱼个头小,里面可是蕴藏着大智慧呢。小鱼实现自由游动的奥妙主要在小鱼的尾部,一种被称为“人造肌肉”的生物型驱动器。这就是郭书祥教授课题组于2008年攻克了水中微型机器人的核心技术———离子聚合物ICPF的制作工艺,成功研制出生物型驱动器———像肌肉一样可以柔性弯曲的驱动器,同时还具有传感器功能,由此奠定了水下微型仿生机器人的研究开发基础。
据了解,现在智能机器人领域的研发有两个趋势,一个是大型化,一个是微型化,仿生水下微型机器人技术的研究业已成为世界各国争相投入的前沿课题。而我国现有的水下仿生机器人大多要通过电机驱动,使电能转换成磁能,再转换成机械能,噪音大、无法微型化,容易被各种常规仪器探测到。而“人造肌肉”可直接将电能转换成机械能,低电压即可驱动,产生弯曲、摆动,具有体积小、成本低、无噪音、无电磁干扰等优点。
这几条微型仿生机器鱼也叫无缆自主游动机器鱼,其实它们还有很多“兄弟姐妹”。课题组还应用“人工肌肉”驱动器研制了其他多种仿生微型机器人,包括仿生鳗鱼、双尾鱼、八足螃蟹、仿生水母、闭环控制机器鱼、多功能作业机器人、球形自适应机器人等,它们像真的水中生物一样可以转弯、避障、爬行、抓取、上浮、下潜,还具备远程控制、自主巡游等功能。
观看放生螃蟹的运动过程,更是让人不由自主地啧啧称奇。只见它在鱼缸底部有条不紊地协调自己的8条腿,像真的螃蟹一样横着走动,随后还按照指令信号,用8条腿抓取到一个运动的小物体上浮到水面,并在指定位置 “松手”,顺利完成了水下抓取和释放作业。据了解,这些水下微型仿生机器人,可以完成水污染探测、细小管道清淤、水下数据收集、辅助手术等等多种工作,还可以实现多机器人的协作和分工作业,用途非常广泛。
课题组成员介绍说:“我们还有一个2米长的潜艇母机用于遣送、发射这些微型鱼的设备没有带去北京参展,要是带去了,那就更拉风了。”课题组推陈出新,很好地利用以往水下机器人的运动原理,在项目完成中提出了“子母机”即“两机体”概念,研制了一艘马达螺旋桨驱动的可以高速运动的潜艇型母机,这样就可以弥补微型仿生机器人运动速度慢的不足,把微型仿生机器人(子机)运送到指定位置,进行发射和回收。
正是凭借“人工肌肉”驱动器技术和“子母机”概念这两项发明专利和填补国内空白的先进技术,郭书祥、叶秀芬教授带领的“低电压驱动水中多功能微型仿生机器人系统研究”课题组,在2010年 7月 1日,“打动”了科技部“863”计划先进制造技术领域智能机器人技术专题课题验收会专家,不但顺利通过了验收,而且获得了高度评价,由此赢得了此次“十一五”国家重大科技成果展的“宝贵门票”。
精心筹备———争气的小鱼,学校的荣誉高于一切
“我们的展品比起其他单位来说更生动,更有趣味。”此次参展人员博士生朱玲说,“所以很是吸引眼球,我们的展位是我们这个展区最火的一家单位了。”
参展的良好效果源于精心的准备和课题组成员从郭书祥、叶秀芬教授,到学生朱玲、廖晓辉、高宝丰等付出的很大努力。
2011年1月末接到参展通知,郭书祥教授当机立断,“这是一次展示学校科技实力和科研成果的很好的舞台和良机,绝不能错过。”时间紧迫,马上“调兵遣将”,郭书祥老师在日本留学的博士生高宝丰也加入了进来。
谈起展品的制作过程,朱玲介绍说“充分体现了分工协作,鱼体内部的电路板是实验室的苏玉东师兄设计、翟晓辉师弟焊接的,小鱼的外壳是E唯协会刘文智老师及成员们用模具帮忙做的,离子聚合物ICPF材料是郭老师在日本的实验室做好运回国内的。”同时,还对小鱼进行了美化,给鱼身上色、画上热带鱼一样的五彩斑斓的花纹,为了防水、防止脱色,由于鱼体太小不方便喷漆,就用指甲油在外面加了一层保护膜,经过20多天的时间,小鱼全部制作完成。
赴京参展的任务最后落在了负责组织、协调和解说的朱玲和负责技术的翟晓辉、高宝丰3人组成的“参展小组”身上。
“第一次参加这种大型成果展,经验不足,刚来到国家会议中心那会儿,要自己动手布置展位,把一切安置妥帖,还真是件挺锻炼人的事儿。”朱玲他们3月3日就到了北京,光试验和筹备工作就用了4、5天。运输鱼缸时遇到了些麻烦,这让他们有些灰心,再看到周围布展的都是清华、中科院、北航等名校“坐地户”,生怕我校的展位会“门庭冷落”,达不到预期效果,又有些没信心了。朱玲就给郭书祥教授发短信说了这些情况,郭书祥教授给朱玲回了一条她在京那几天“看了n遍的短信”:“一切为了哈工程,你要承担起全部责任来,办法总比困难多,做好了,回来我给你们庆功!”郭老师的这番话顿时让朱玲心里很感动,荣誉感、使命感、责任感油然而生,她和伙伴们立刻振作起来,“克服困难,硬着头皮也要上。”
参展小组按照郭书祥教授的策划方案,准备了一个长1.38米,宽70cm,高60cm,重量接近300斤的水族箱,为了让观众欣赏到仿生鱼与真鱼游动起来是如此逼真的场景,还买来了几条真的金鱼,准备了养鱼的全套“家伙”,过滤器、氧气泵、水草和铺鱼缸的彩色小砂石。我校还提前申请了一个大型的背投屏幕可以滚动播放预先录好的视频,这是其他参展单位没有想到的。
朱玲笑着对记者说:“深刻体会到成功总是特别青睐那些有准备的人,我们把能想到的、可行的各个细节都想到、做到了,郭老师深思熟虑设计了多达4个预案,最后根据现场情况和条件选择了最适合的一个,排除了各种可能会突发的故障,参展这几天小鱼们很争气,显得格外精神,游动得也格外畅快。”
精彩亮相———可爱的校友,为哈工程自豪
正式开展那些天,我校展位前始终是人头攒动,挤满了络绎不绝前来观看的市民、学生和学者等社会各界群众,大家都被我校这项高科技成果深深折服,纷纷走过来好奇地询问其中的奥妙。特别是在3月12日下午的政协委员参观专场,我校被选中作为此次参展的先进制造领域18家单位中6家优秀单位之一,接受了政协委员们的“检阅”。委员们兴致勃勃地来到我校的参展作品前认真观看,并给予高度评价。
还有很多在京的校友,有已经退休的白发苍苍的老人,有风华正茂在京工作或是深造的年轻人,他们大多通过校主页上关于我校863课题参展“十一五”国家重大科技成就展的消息,专程找到我校展位,“每个人都有一张无比可爱和亲切的脸”。“就拍哈尔滨工程大学这几个字”一个大学生模样的女孩对同伴说,“因为这是我的母校”。朱玲说,这让她感到一种难以言喻的温暖、自豪和感动。

