機器魚水下停留至少八小時可用于溺水救援

“我們正在努力創建一個類似于波士頓動力的組織，不過是在亞洲！”

提起自己參與研發、并創下吉尼斯世界紀錄的機器魚SNAPP，該團隊的創始成員之一穆罕默德薩德沙希德安維爾（Muh ammad saad shahidAnwel，下稱薩德）表示。

SNAPP由香港大學機械工程系研發，目前還保持著一項于2020年創下的吉尼斯世界紀錄：游完50米的水下路線只需耗時22.92秒，這打破了“機器人魚最快50m游泳”的記錄。

這比曾在2008年北京奧運會一人獨攬8枚金牌、并打破4個游泳項目世界紀錄的菲爾普斯還快。另據悉，該記錄在香港大學霍英東游泳池完成。

具體來說，相比人類游泳者在國際游泳聯合會（FINA）認可的長距離游泳池中創造的世界紀錄，機器魚超過了男子50米仰泳（24s）和50米蛙泳（25.9s）、女子50m自由泳（23.67s）

、以及50米蝶泳（24.43s）和50米仰泳（26.98s）。

該項目的首席研究員、來自香港大學機械工程系的Timothy Ng表示：“除了塞薩爾西埃洛（Cesar Cielo，男子50米自由泳50米池世界紀錄保持者）以外，我們已經超越了大多數奧林匹克游泳運動員，后者在20.91秒內游泳50米。”

因此，SNAPP是迄今為止最快的機器人魚類，其以2.18米/秒的速度突破了人類游泳所熟知的科學界限。

如上圖所示，SNAPP采用模塊化設計，為的是便于維護、維修和定制。它的浮力可通過增加身體組件來增加，其防水性能得益于它使用了丙烯酸管和。型圈。

它還使用433MHz低頻無線電，所以能更好地穿透水下信號。結構上，SNAPP采用蘇格蘭軛，并使用聚乳酸（PLA）材料，以3D打印制作而成，總成本大約641美元。

由于使用機械鰭來移動，這不同于常見的螺旋槳工作原理，因此可防止被水下植物纏繞。此外，它使用鋰離子電池供電，能在水下停留8小時到12個小時。

SNAPP的波動頻率為4Hz，尺寸為880毫米（長）×75毫米（寬）×300毫米（高），質量為5千克，并由150W的電機供電。

它能快速游泳的原因之一，在于魚尾設計的靈活性，如下圖其魚尾就像一個彎月，這種弧度是靈活性的來源之一，并能在水下推動其前進。

自立項起，共有幾十人參與SNAPP研發，并孵化出一個名為BREED Robotics的機器人技術團隊，該團隊隸屬于香港大學，團隊主要創始人有Timothy Ng等人。

港大機械工程系助理教授張富則是該項目的導師，他表示：“通過在機器人魚上添加視覺系統和控制算法，我們希望我們的魚能夠在水下任務中充當搜索救援機器人的角色。”

研發過程中，該團隊努力在速度、重量、耐用性和可靠性之間尋求平衡SNAPP的設計也經歷了翻天覆地的變化。

如下圖所示，5年間，它的魚身和魚尾都經歷了多次迭代。最初的魚身是圓柱狀，到最后成為尖銳的橢圓柱狀。

魚尾則經歷從弧狀、到“脊椎骨”狀、再到弧狀的迭代。

在嘗試使用“白魚”“肥金槍魚”和“黃尾”等不同原型進行了幾次失敗的嘗試之后，該團隊最終設法將不銹鋼灌輸到了重量更輕的3D打印塑料中，并開發出了目前版本。

SNAPP的外形很薄，可以在0.5米深的淺水區工作，可以穿過海底巖層，更可以穿過狹窄的裂縫。由于重量輕，阻力小，它能在0.8秒內加速到最大速度，并且可以用尾鰭進行急轉彎。

在48伏、5000毫安時的電池幫助下，它能以高速間歇性游泳3小時，并能在6小時內維持1米/秒的巡航速度。

目前，SNAPP還具備電氣功能和軟件功能，例如控制器、反饋系統和方向控制系統，未來還將擁有伺服鰭片和水下攝像頭檢測功能。

據悉，該項目最初由一名港大學生發起，2017年底Timothy Ng接任了項目負責人的職務，并將這條魚帶到了目前的創紀錄水平。

談及研發過程，他表示：“最大的挑戰是如何開始創造創紀錄的魚類。我們選擇復制一條魚的自然運動，這是機器人過去試圖避免的事情，但是我們認為這是一條值得探索的途徑。”

持續幾年的付出，也讓該團隊獲得了由港大工程學院譚榮范創新部舉辦的第三屆InnoShow的“InnoShow獎項目”，以及“第六屆中國香港大學生創新與創新獎”的亞軍（這是由中國香港新生代文化協會和中國香港科技園公司舉辦的創業大賽）。

可以以2.3米/秒的速度游向溺水者

該機器魚具備搜尋救援、監測水質、以及在水族館提供娛樂的功能。

由于具有較好的水下移動性，并且能在沒有救生員的情況下，提供浮動支撐和拖曳能力。因此SNAPP非常適合進行救援和搜索。

當與基于人工智能的視覺系統集成、并使用空中無人機時，它可以形成一個強大的系統，為空襲和水中的受害者提供搜索和營救。

2018年，為營救被困泰國洞穴的少年足球隊成員，前泰國海軍海豹突擊隊隊員庫南不幸犧牲。該團隊表示，如果能夠使用SNAPP，這場犧牲本可以避免。

據世衛組織估計，全球每年有32萬人死于溺水。在2012-2016年，香港報告了193例意外溺水死亡病例，其中66%的死亡事故發生在沒有救生員的情況下。

在演示試驗中，救生員對SNAPP在游泳池中的表現感到驚訝。他們稱SNAPP的快速執行力可以很好地幫助挽救生命，因為在溺水情況下，時間就是生命，而SNAPP的快速運動能力，正是溺水救援所需要的。

也因此，SNAPP的常見部署地點是擠滿游客的海灘，一旦有人出現溺水，在確認掙扎中的受害者身份后，SNAPP可以2.3米/秒的速度游向現場。到達后，SNAPP為受害者提供漂浮支持。

如下圖所示，一旦受害者得到保護，SNAPP會以巡航速度將受害者拖回岸邊，此外它還能提供足夠的浮力，來支撐一個重達80公斤的人漂浮在水面上。

另據悉，它能在沒有救生員的情況下提供浮動支撐和拖曳能力，還可作為潛水員的“寵物”，為他們攜帶氧氣罐等重要設備。當潛水員陷入水流中，可將他們從水中拉開。

也可解決海洋污染和保護海岸線

在檢測水質方面，該團隊正在研究使用SNAPP，來解決海洋污染和偵察水下垃圾的問題。

在海底的SNAPP，可將其位置傳遞給相關收集器，也可被部署到定期流域中，對水樣進行采集和水質監測，如檢測海底微塑料等。

同時，大多數海洋尚未為人類所見，SNAPP還可幫助保護海岸線、以及保護公共海灘免受鯊魚侵害，同時可以監管水域邊界。

雖然SNAPP還無法與天然魚的游動速度相提并論，但它模仿了真實魚的運動和輪廓，因此能很好地適應海洋環境。它的動作步態和真實的魚一樣，發出的聲音很小，可將水下聲污染降至最低。

未來，該團隊通過胸鰭去改進SNAPP的俯仰控制和橫搖控制，從而讓其在動蕩的水下環境中更加機動。

此外，他們還將給其增加識別能力相通信設備，以便主動找到受害人。最后，會通過特別方法，以便在救援時像人工救生員那樣，將失去知覺的受害者抬起來，并把他們帶回安全地點。

薩德表示，SNAPP還在持續更新中，并將于今年九月更新最新技術細節。（摘自關《深科技》）（編輯/多洛米）