机器鱼水下停留至少八小时可用于溺水救援

“我们正在努力创建一个类似于波士顿动力的组织，不过是在亚洲！”

提起自己参与研发、并创下吉尼斯世界纪录的机器鱼SNAPP，该团队的创始成员之一穆罕默德薩德沙希德安维尔（Muh ammad saad shahidAnwel，下称萨德）表示。

SNAPP由香港大学机械工程系研发，目前还保持着一项于2020年创下的吉尼斯世界纪录：游完50米的水下路线只需耗时22.92秒，这打破了“机器人鱼最快50m游泳”的记录。

这比曾在2008年北京奥运会一人独揽8枚金牌、并打破4个游泳项目世界纪录的菲尔普斯还快。另据悉，该记录在香港大学霍英东游泳池完成。

具体来说，相比人类游泳者在国际游泳联合会（FINA）认可的长距离游泳池中创造的世界纪录，机器鱼超过了男子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）。

该项目的首席研究员、来自香港大学机械工程系的Timothy Ng表示：“除了塞萨尔西埃洛（Cesar Cielo，男子50米自由泳50米池世界纪录保持者）以外，我们已经超越了大多数奥林匹克游泳运动员，后者在20.91秒内游泳50米。”

因此，SNAPP是迄今为止最快的机器人鱼类，其以2.18米/秒的速度突破了人类游泳所熟知的科学界限。

如上图所示，SNAPP采用模块化设计，为的是便于维护、维修和定制。它的浮力可通过增加身体组件来增加，其防水性能得益于它使用了丙烯酸管和。型圈。

它还使用433MHz低频无线电，所以能更好地穿透水下信号。结构上，SNAPP采用苏格兰轭，并使用聚乳酸（PLA）材料，以3D打印制作而成，总成本大约641美元。

由于使用机械鳍来移动，这不同于常见的螺旋桨工作原理，因此可防止被水下植物缠绕。此外，它使用锂离子电池供电，能在水下停留8小时到12个小时。

SNAPP的波动频率为4Hz，尺寸为880毫米（长）×75毫米（宽）×300毫米（高），质量为5千克，并由150W的电机供电。

它能快速游泳的原因之一，在于鱼尾设计的灵活性，如下图其鱼尾就像一个弯月，这种弧度是灵活性的来源之一，并能在水下推动其前进。

自立项起，共有几十人参与SNAPP研发，并孵化出一个名为BREED Robotics的机器人技术团队，该团队隶属于香港大学，团队主要创始人有Timothy Ng等人。

港大机械工程系助理教授张富则是该项目的导师，他表示：“通过在机器人鱼上添加视觉系统和控制算法，我们希望我们的鱼能够在水下任务中充当搜索救援机器人的角色。”

研发过程中，该团队努力在速度、重量、耐用性和可靠性之间寻求平衡SNAPP的设计也经历了翻天覆地的变化。

如下图所示，5年间，它的鱼身和鱼尾都经历了多次迭代。最初的鱼身是圆柱状，到最后成为尖锐的椭圆柱状。

鱼尾则经历从弧状、到“脊椎骨”状、再到弧状的迭代。

在尝试使用“白鱼”“肥金枪鱼”和“黄尾”等不同原型进行了几次失败的尝试之后，该团队最终设法将不锈钢灌输到了重量更轻的3D打印塑料中，并开发出了目前版本。

SNAPP的外形很薄，可以在0.5米深的浅水区工作，可以穿过海底岩层，更可以穿过狭窄的裂缝。由于重量轻，阻力小，它能在0.8秒内加速到最大速度，并且可以用尾鳍进行急转弯。

在48伏、5000毫安时的电池帮助下，它能以高速间歇性游泳3小时，并能在6小时内维持1米/秒的巡航速度。

目前，SNAPP还具备电气功能和软件功能，例如控制器、反馈系统和方向控制系统，未来还将拥有伺服鳍片和水下摄像头检测功能。

据悉，该项目最初由一名港大学生发起，2017年底Timothy Ng接任了项目负责人的职务，并将这条鱼带到了目前的创纪录水平。

谈及研发过程，他表示：“最大的挑战是如何开始创造创纪录的鱼类。我们选择复制一条鱼的自然运动，这是机器人过去试图避免的事情，但是我们认为这是一条值得探索的途径。”

持续几年的付出，也让该团队获得了由港大工程学院谭荣范创新部举办的第三届InnoShow的“InnoShow奖项目”，以及“第六届中国香港大学生创新与创新奖”的亚军（这是由中国香港新生代文化协会和中国香港科技园公司举办的创业大赛）。

可以以2.3米/秒的速度游向溺水者

该机器鱼具备搜寻救援、监测水质、以及在水族馆提供娱乐的功能。

由于具有较好的水下移动性，并且能在没有救生员的情况下，提供浮动支撑和拖曳能力。因此SNAPP非常适合进行救援和搜索。

當与基于人工智能的视觉系统集成、并使用空中无人机时，它可以形成一个强大的系统，为空袭和水中的受害者提供搜索和营救。

2018年，为营救被困泰国洞穴的少年足球队成员，前泰国海军海豹突击队队员库南不幸牺牲。该团队表示，如果能够使用SNAPP，这场牺牲本可以避免。

据世卫组织估计，全球每年有32万人死于溺水。在2012-2016年，香港报告了193例意外溺水死亡病例，其中66%的死亡事故发生在没有救生员的情况下。

在演示试验中，救生员对SNAPP在游泳池中的表现感到惊讶。他们称SNAPP的快速执行力可以很好地帮助挽救生命，因为在溺水情况下，时间就是生命，而SNAPP的快速运动能力，正是溺水救援所需要的。

也因此，SNAPP的常见部署地点是挤满游客的海滩，一旦有人出现溺水，在确认挣扎中的受害者身份后，SNAPP可以2.3米/秒的速度游向现场。到达后，SNAPP为受害者提供漂浮支持。

如下图所示，一旦受害者得到保护，SNAPP会以巡航速度将受害者拖回岸边，此外它还能提供足够的浮力，来支撑一个重达80公斤的人漂浮在水面上。

另据悉，它能在没有救生员的情况下提供浮动支撑和拖曳能力，还可作为潜水员的“宠物”，为他们携带氧气罐等重要设备。当潜水员陷入水流中，可将他们从水中拉开。

也可解决海洋污染和保护海岸线

在检测水质方面，该团队正在研究使用SNAPP，来解决海洋污染和侦察水下垃圾的问题。

在海底的SNAPP，可将其位置传递给相关收集器，也可被部署到定期流域中，对水样进行采集和水质监测，如检测海底微塑料等。

同时，大多数海洋尚未为人类所见，SNAPP还可帮助保护海岸线、以及保护公共海滩免受鲨鱼侵害，同时可以监管水域边界。

虽然SNAPP还无法与天然鱼的游动速度相提并论，但它模仿了真实鱼的运动和轮廓，因此能很好地适应海洋环境。它的动作步态和真实的鱼一样，发出的声音很小，可将水下声污染降至最低。

未来，该团队通过胸鳍去改进SNAPP的俯仰控制和横摇控制，从而让其在动荡的水下环境中更加机动。

此外，他们还将给其增加识别能力相通信设备，以便主动找到受害人。最后，会通过特别方法，以便在救援时像人工救生员那样，将失去知觉的受害者抬起来，并把他们带回安全地点。

萨德表示，SNAPP还在持续更新中，并将于今年九月更新最新技术细节。（摘自关《深科技》）（编辑/多洛米）