弗吉尼亚大学工程学院的机械工程师与哈佛大学的生物学家合作，创造了第一台被证明可以模仿活黄鳍金枪鱼的速度和运动的机器鱼。

他们的同行评审论文“金枪鱼机器人：探索游泳鱼类表演空间的高频实验平台”于2019年9月18日发表在“ 科学机器人”杂志上。

由UVA工程机械和航空航天工程系教授Hilary Bart-Smith领导的机器人金枪鱼项目诞生于美国海军研究办公室为期五年，耗资720万美元的多学科大学研究计划，授予Bart-Smith学习快速，有效的游泳不同的鱼类。巴特 - 史密斯项目的目的是更好地了解鱼类推进的物理学，这项研究最终可以为下一代水下航行器的开发提供信息，这种水下航行器比鱼类系统更好地驱动，而不是螺旋桨。

水下机器人在一系列应用中也很有用，例如国防，海洋资源勘探，基础设施检查和娱乐。

然而，在生物驱动的推进系统可以用于有人和无人驾驶车辆的公共和商业用途之前，研究人员必须能够可靠地了解鱼类和其他生物如何在水中移动。

“我们的目标不仅仅是建造一个机器人。我们真的想要了解生物游泳的科学，”Bart-Smith说。“我们的目标是建立一些我们可以根据什么使生物游泳者如此快速和有效地检验假设的东西。”

该团队首先需要研究高性能游泳运动员的生物力学。哈佛大学生物学教授乔治·劳德和他的研究团队精确测量了黄鳍金枪鱼和鲭鱼的游泳动态。利用这些数据，Bart-Smith和她的团队，研究科学家Jianzhong“Joe”Zhu和Ph.D. 学生卡尔怀特，建造了一个机器人，不仅像水下的鱼一样移动，而且足够快地击打它的尾巴，达到几乎相同的速度。

然后，他们将名为“Tunabot”的机器人与活体标本进行了比较。

“有很多关于鱼类机器人的论文，但其中大多数都没有太多的生物学数据。所以我认为这篇论文在机器人工作和生物数据的质量上是独一无二的，”劳德说。

“我们在论文中提出的结果令人惊叹的是生物学和机器人平台之间的相似之处，不仅仅是游泳运动学方面，还有速度与尾部频率和能量性能之间的关系。 ，“巴特史密斯说。“这些比较让我们对我们的平台及其帮助我们更多了解生物游泳物理学的能力充满信心。”

该团队的工作建立在UVA Engineering在自治系统中的优势之上。机械和航空航天工程系是UVA工程网络物理系统链接实验室的参与者，该实验室专注于智能城市，智能健康和自动驾驶系统，包括自动驾驶汽车。

Tunabot项目是Bart-Smith在海军研究办公室的第二个竞争激烈的多学科大学研究计划的产物; 2008年，巴特 - 史密斯获得了650万美元的奖金，用于开发以蝠for为模型的水下机器人。

Tunabot的测试在UVA工程机械和航空航天工程大楼的一个大型实验室进行，在一个占据房间大约四分之一的流动水箱中，在哈佛大学的类似设施中进行。无眼，无鳍复制鱼大约10英寸长; 生物等效物可以达到七英尺长。钓线系绳保持机器人稳定，绿色激光穿过塑料鱼的中线。激光测量机器人每次扫描其制造的尾部时流出的流体运动。随着流动水箱中的水流加速，Tunabot的尾部和整个身体以快速弯曲的方式移动，类似于活黄鳍金枪鱼游泳的方式。

“到目前为止，我们在鱼类机器人文献中看到，其他人已经建立了非常好的系统，但数据在测量选择和显示方面往往不一致。这只是目前机器人技术领域的现状。我们的论文Tunabot很重要，因为我们的综合性能数据设定了非常高的标准，“怀特说。

劳德说，生物学和机器人学之间的关系是循环的。“我认为我们在这个领域有一个成功的研究计划的一个原因是生物学家和机器人专家之间的巨大互动。” 一个分支中的每个发现都告诉另一个分支，这是一种不断推进科学和工程学的教育反馈循环。

“我们并不认为生物学已经发展到最佳解决方案，”Bart-Smith说。“这些鱼类已经有很长的时间发展成一种解决方案，使它们能够生存，特别是吃，繁殖，而不是被吃掉。不受这些要求的限制，我们可以专注于促进更高性能，更高速度的机制和功能我们的最终目标是超越生物学。我们怎样才能建造出看起来像生物学的东西，但比你在海洋中看到的任何东西游得更快?“