Meera -在本周的Naked Engineering中，Dave和我正在研究仿生学领域。这是对生物有机体的结构和运动的模仿，戴夫，这周我们要研究鱼类。
戴夫:是的。近200年来，工程师们一直在优化一种在水中移动的方式，本质上是使用螺旋桨。所以我们有一个旋转的螺旋桨，它把水向后推，而你被向前推。现在，大自然使用了一个完全不同的系统，它花了数千万年的时间来优化这个系统，它不用旋转的螺旋桨，而是用一个拍打的尾巴，这有很多不同的优点和缺点。
Meera:埃塞克斯大学的胡浩生教授正在研究并设计机器鱼。霍生，鱼到底是怎么在水中运动的?
活生——鱼的一种运动是由尾巴和身体的一半产生的。它们试图将身体和尾巴弯曲成S形，以产生力量并向前移动。
戴夫:所以这是在左右移动，当尾巴向左移动时，它有点向右弯曲，所以水从边缘掉下来，被向后推，然后当它从另一个方向来的时候，它在另一个方向产生升力。总的来说，它是向前推进的。
火生-我们称之为身体-尾巴运动。
米拉:所以你第一次进入这个领域是为了制作异国鱼的机器人版本。那么，你是如何开始设计的呢?
把机器人做得像真鱼一样是一个很大的挑战。我们不可能有鱼那样的肌肉，所以我们手上只有马达。
米拉-我们面前有一幅你早期的设计。这是一条大约半米长的鱼。它非常美观，形状像鱼，有鳍，有漂亮的尾巴，上面还有蓝色和银色的鳞片。
霍生:实际上，我们有一个坚硬的头部，我们在里面放了电脑，传感器，还有电池。然后我们有一个灵活的连接，三个或四个关节，三个或四个马达，从身体和尾部凹地连接在一起。所以这可以由电力驱动，使身体像真正的鱼一样弯曲。
米拉-但我想这不仅仅是让这条鱼在水里移动那么简单。它需要知道并引导自己穿过水。从嘴里伸出来，我可以看到传感器伸出来，里面肯定有其他传感器来帮助它知道什么时候有障碍物出现，或者它是否会撞到什么东西。
我们有四个红外传感器来探测路上的障碍物。这些是导航传感器。另一方面，我们有一个陀螺仪，我们有一个压力传感器。这是为了控制鱼的运动。
米拉:最初，你创造了这种非常美观的鱼，但它在环境监测和水污染监测方面也有用途，而这正是你设计下一代鱼的目的。
霍生:我们尝试在海港使用一组机器鱼来检测污染。
米拉:所以我们现在要从水缸、水缸搬到海里去了。肯定有更多的挑战和许多其他因素需要考虑。
霍生:一旦鱼进入大海，我们必须给鱼提供足够的动力，让它们在波浪和水流中游泳，同时，我们必须在里面装上很多传感器，以便找到前进的路。
戴夫:我想导航将会非常重要，现在传统的导航方式是使用GPS。一旦你在水下，它就会阻挡携带GPS的微波信号。你如何在这样的环境中航行?
霍生:我们实际上使用的原理和卫星一样，但我们使用的是嵌入海港的声纳信标。声纳信标传播声纳信号。我们知道每个信标的位置每条机器鱼都有一个声纳接收器进行三角测量。
戴夫:基本上，你放了一堆发射机你的鱼可以听几个不同的发射机，并计算出它们之间的时差，这样，它就可以准确地计算出它在三维空间中的位置，但只在端口内。
霍生:对，没错。我们称之为结构化环境。
米拉:你实际上也改变了很多原来的结构，比如材料，它完全是由碳纤维制成的。它有鱼的形状和结构，但没有美感。它纯粹是关于处理海洋和通过它。
火生——鱼既要灵活又要健壮，所以我们尽量把鱼的身体做得坚硬。
戴夫:再看看它的尾巴，以前的版本有四个关节，现在看起来简单多了。
在第一阶段，我们尝试将驱动机构从四个关节简化为两个关节。一旦手术成功，我们就会寻找更多的关节来获得更大的灵活性。这是一个工程上的妥协。
Meera -使用这种鱼状结构来监测污染究竟有什么好处?是什么让它们比螺旋桨更好?
火生-有两个好处。首先，像鱼一样的运动不会对水环境造成干扰。其次，机器鱼可以在港口平静地游泳，不会对真鱼造成任何危险。
戴夫:如果鱼的背后没有产生大量的湍流，这是否意味着理论上它可能比传统的螺旋桨更有效?
从理论上讲，是的，因为潜艇和船只会对环境和海浪产生很多湍流。实际上效率不是很高，但是真正的鱼，它们是非常非常高效的游泳者。我们正在尝试确定与推力或旋转运动相比，身体运动节省了多少能量。这是我们的下一个目标。
来自埃塞克斯大学计算机科学系的胡霍生教授向米拉和戴夫展示了他的新一代机器鱼。你可以在这里看到鱼在活动。
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