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机器鱼（Robotic fish）在水下作业优势显著，应用广泛但也面临挑战，未来与 AI 结合潜力巨大。
# 仿生机器鱼：水下探索的创新先锋
在广袤无垠的海洋以及复杂多变的水下环境中，竞争正日益激烈。传统的水下作业方式在面对重重困难时，逐渐显得力不从心，开发智能水下设备已成为当务之急。仿生机器鱼（Robotic fish）作为一种极具潜力的创新成果，正逐渐走进人们的视野，并展现出令人瞩目的优势，在多个领域发挥着独特的作用。
机器鱼的独特优势
仿生机器鱼是依据仿生学原理设计而成的自主机器人，它不仅形似鱼类，还能够在水中自主游动并执行特定任务。其优势十分突出，高推进效率使得机器鱼在水中前行时更加高效节能；强大的机动性让它能够灵活地穿梭于各种复杂的水下环境，即使是狭窄的通道也不在话下；有效隐蔽性使其不易被察觉，为执行一些特殊任务提供了便利；低噪音排放避免了对周围环境的干扰；对环境的影响微乎其微，充分展现了其环保特性。这些优点让机器鱼成为了在重污染、高风险以及低能见度水域中，替代人工长期作业的理想选择，弥补了传统螺旋桨驱动方式的诸多不足，因此受到了全球学者的广泛关注。
机器鱼在多领域的卓越应用
海洋探索的得力助手
机器鱼凭借其独特的设计和性能，为探索海洋深处的奥秘立下了汗马功劳。麻省理工学院研发的 SoFi，体重仅 1.6kg，依靠摆动尾巴就能实现推进、转向和下潜，其柔软的硅橡胶材质让它游动速度比传统 “硬” 机器鱼更快。在斐济彩虹礁的潜水测试中，SoFi 在 18 米深处持续运行了 40 分钟，成功捕捉到了迷人的水下画面。瑞士苏黎世联邦理工学院研制的 Belle，体长 1 米，重 10kg，配备了由水循环驱动的两个腔室，能够采集水下动植物的 DNA 样本，丰富了海洋生物探索数据。浙江大学受鳐鱼的灵活性启发，设计出一款体长 0.22 米、翼展 0.28 米的机器鱼，采用介电弹性体薄膜作为推进装置，在南海 3224 米深处进行资源勘测，还在马里亚纳海沟 10900 米深处成功作业，为人类深海探索提供了宝贵数据，极大地推动了海洋生态保护、资源勘探和可持续发展的进程。
水质监测的创新力量
随着工业化和城市化的快速发展，水污染问题愈发严重，传统的水质监测方法在时间、采样点和人力成本等方面都存在局限。而搭载了传感器等设备的机器鱼，为水体监测带来了新的转机，具备动态、远程和长期监测的能力。北京航空航天大学研制的用于太湖巡逻的机器鱼，体长 1.2 米、高 0.5 米、重 40kg，能以 3.0km/h 的速度持续运行 20 小时，并实时传输水质数据。它还拥有先进的操控系统，可设定监测深度和运行轨迹，助力太湖的水质保护工作。在它的帮助下，2023 年太湖蓝藻水华的面积和密度分别比往年下降了 45.7% 和 30.3%，达到了 2007 年以来的最佳水平。英国埃塞克斯大学在泰晤士河部署的机器鱼，体长 0.5 米、高 0.15 米，可连续工作 24 小时，配备多种传感器和自主协调功能，一旦检测到水中有害物质，能及时与其他设备通信并向研究人员和环保机构发出警报。马德里理工大学和佛罗伦萨大学开发的机器鱼则用于监测水产养殖环境的 pH 值，为优化水质管理提供了有力支持，有效拓展了水质监测的能力和范围。
工业故障检测的新兴工具
在现代工业领域，机器鱼技术作为故障检测的新手段，为保障工业安全和提高生产效率发挥了重要作用。墨西哥湾漏油事件给海洋生态带来了巨大破坏，密歇根州立大学为此研发了 GRACE 机器鱼，它体长 0.65 米、高 0.18 米、重 8kg，配备多种传感器、定位装置和无线通信设备，能够在墨西哥湾关键区域持续监测和追踪漏油情况，凭借其滑行能力在恶劣海洋环境中有效作业，加强了对水下输油管道的监测力度。国家电网天津公司设计的用于大型油浸式变压器内部检测的机器鱼，具备 360° 旋转功能，巡航速度为 0.04m/s，下降速度 0.025m/s，悬停误差≤0.03m，还集成了图像识别、空间定位、路径跟踪和全方位巡航等功能，提升了变压器运维的智能化水平，助力新型电力系统建设。在机器鱼的协助下，2023 年天津电网设备故障率同比降低 15%，供电可靠率达到 99.9931%，供电电压合格率达到 99.997%。不过，在检测精度和设备维护方面，机器鱼仍面临挑战，需要借助人工智能和数据分析方法进一步提升其工程应用价值。
军事领域的潜在利器
机器鱼作为新型无人潜水器，在军事技术领域也引发了广泛关注。美国海军的间谍机器鱼 Silent NEMO 形似金枪鱼，体长 1.5 米，重 45.3kg，能下潜至 91.4 米深处。它依靠尾巴摆动推进，运行噪音比微型潜艇小，更不易被声纳追踪，可在低能见度环境中精准识别并排除水雷等障碍物，保障航道安全。中国在机器鱼研究方面同样成果斐然，推出了 NH-1、NH-2 和 NH-3 潜水器，重量分别为 180kg、1800kg 和 13000kg，速度可达 17 节、22 节和 27 节，在水下侦察、鱼雷部署和干扰敌方通信等方面表现出色。虽然机器鱼在提升军事水下作战能力和侦察效率方面前景广阔，但在面对复杂战场环境和高强度作战任务时，仍需克服能源和控制方面的限制。
机器鱼面临的挑战与未来展望
尽管机器鱼在研究和应用方面已经取得了显著成就，但仍面临诸多挑战。在复杂水体中实现精确运动控制并非易事，如何让机器鱼在不同水流、水质等条件下精准执行任务，是科研人员亟待解决的问题；确保长期续航和提高能源效率也是关键难题，目前的能源技术限制了机器鱼的工作时长和应用范围；降低制造成本，以便大规模推广使用，同样是未来发展需要突破的方向。
展望未来，机器鱼与人工智能的融合将成为探索自主决策、集体协作和多模态感知等技术的关键。通过与真实生物互动来研究动物行为和生态系统，有望推动跨学科技术的整合与发展，为生态保护和人类福祉做出更大贡献。在生命科学和健康医学领域，机器鱼相关研究也可能带来新的思路和方法，例如在水下生物样本采集、海洋生态对人类健康影响研究等方面，发挥潜在的作用。随着技术的不断进步，相信机器鱼将在更多领域展现出巨大的应用潜力，为人类的发展带来更多惊喜。
