8 月 13 日訊息，能游泳的機器人又有新突破，瑞士洛桑聯邦理工學院研究人員開發的鰻魚機器人登上 Science Robotics 封面。

該鰻魚機器人利用其各部分裝有的感測器裝置，能在中央控制系統損壞情況下，從水中獲得感測反饋訊號來協調其運動，為研究人員開發更簡單、堅固的移動機器人開闢了一個新方向。

該研究論文題目為《基於區域性水動力感測的魯棒自組織波動遊動的出現（Emergence of robust self-organized undulatory swimming based on local hydrodynamic force sensing）》，於 8 月 11 日發表在 Science Robotics 上。

論文連結：

https://robotics.sciencemag.org/content/6/57/eabf6354

原有游泳機器人依靠中央系統控制

機器人學和生物學之間關係密切，既有研究人員參考生物體設計機器人的情況，也有研究人員使用複製了生物體感測和控制系統的機器人，來幫助其瞭解生物體是如何完成一些運動的。

在設計、研究游泳機器人推進系統過程中，洛桑聯邦理工學院研究人員對鰻魚在水中感知周圍流體的能力產生了興趣，也就是鰻魚在水中游動時身體感受到的壓力狀況。

一些鰻魚類動物要完成波浪式起伏運動，需要靠其神經系統中的脊髓來控制，以及一組被稱為神經振盪器（neural oscillators）的神經元來產生相應的有節奏的肌肉活動。除中央神經系統外，動物身體上還會有一些外周神經系統，由感覺神經元組成，向中樞神經提供身體和環境狀態的資訊。

因為在活體動物上進行實驗較難，為此研究人員設計了一種名為 AgnathaX 的機器人。

▲ AgnathaX 在水中游動

該機器人是研究人員在一種名為 AmphiBot 的蛇形兩棲機器人基礎上，重新設計優化的。AmphiBot 機器人也是洛桑聯邦理工學院研究人員設計，能在水中游動。

▲ AmphiBot 機器人

AmphiBot 機器人實現水下運動是靠中央模式生成器（central pattern generator，CPG）來實現。CPG 是一種神經迴路（一種生物體模式）序列，會產生像鰻魚類動物運動時出現振盪節奏。

模組化設計實現機器人水動力感應

AgnathaX 機器人是由驅動關節連線的剛體節段組成，每一剛體節段都帶有獨立的電路（包括振盪器和耦合器）、左右對抗肌和一對側向力學感測器。

該機器人的核心由 10 個伺服電機組成，配有一臺 Linux 計算機、一個電池和一個被動尾部模組。

研究人員組裝 AgnathaX 機器人時，先將機器人核心部件放入防水泳衣中；然後將力學感測器模組通過磁鐵從外部固定，這些模組通過電氣連線（電力和通訊）到相鄰的模組，最後與機器人頭部相連；最後在每個模組頂部安裝一個帶有嵌入式 LED 的、用於運動跟蹤的浮動元件。

其中力學感測器模組由通訊電路、帶有相應放大器的測壓元件和纖維板組成，可以實現機器人的水動力感應。

▲ AgnathaX 機器人模型

中央加周圍神經系統 增強抵禦通訊中斷能力

研究人員通過實驗發現，中央和周圍神經系統都有助於產生強大的運動。兩個系統協同工作的好處是它能夠增強抵禦神經中斷的能力，例如在身體部位之間的通訊失敗或減弱情況下還能運動。

這項研究的合著者卡米洛・梅洛（Kamilo Melo）說：“換個說法就是通過利用中央和外圍元件的組合，機器人可以抵抗更多的神經幹擾，保持高速游泳運動。”

研究人員還發現，通過感知機器人身體和水的物理相互作用，機器人外部裝備的壓力感測器可以提供有用的訊號，幫助生成和同步運動所需有節奏的肌肉活動。

因此，當科學家切斷機器人不同部分之間的通訊以模擬脊髓損傷時，測量水壓的壓力感測器發出的訊號還足以維持機器人實現波浪式運動。

這些發現可用於設計更有效的游泳機器人，用於搜尋和救援任務和環境監測。

結語：機器人模組化有新思路

機器人模組化設計是很多機器人研究中會考慮的一件事情，更多是讓機器人功能得到延展，比如說根據需要改變其形態或加裝不同功能的模組，某一模組出現故障時也可以快速更換。

鰻魚機器人為模組化機器人提供了一種新思路，使用更獨立的模組抵抗可能會出現的中樞系統損壞。