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完美混入鱼缸的机器鱼,能带整个鱼群跑路

2024-11-02 211

人工智能技术的飞跃使机器人越来越像人类了,但受限于电脑科学、认知心理学、神经科学等学科的发展,我们目前仍能辨认出机器人。不过鱼类就较易被糊弄。

瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的研究人员最近研发出一种水生机器鱼,它们会学习如何跟鱼类相互沟通,和鱼群一起游泳,还能改变鱼群游泳的方向,在水中 hold 住全场。

(Source:EPFL)

“我们想研究机器鱼如何混入鱼群,如何跟鱼互动交流并做出决定。”EPFL 博士后研究员法兰克‧伯奈特(Frank Bonnet)对 Digital Trends 说。

换句话说,研究人员希望透过设计机器人与动物群落相融合,更了解这些动物的交流方式,进而达到解密动物行为与社会架构的目的。

这些可融入真实鱼群的“秘密特工”长约 7 公分,比建模时参考的鱼稍长,但形状和比例无差。机器鱼体内装有磁铁,并与装在水族箱下的小型发动机相连,以提供它游泳的动力。

研究人员选的实验鱼群是斑马鱼(Danio rerio),因为斑马鱼是一健康物种,整个族群倾向快速行动和变换方向。

研究专案分成两部分。其中一部分涉及生物学,即研究个别鱼类间的社会互动情况,机器鱼可辅助研究者进行针对性的刺激,并测试被记号鱼的反应。第二部分则涉及机器人技术,这也是 EPFL 研究人员的关注点。

团队决定先让机器鱼混入斑马鱼群。但怎么才能让它们拟态得像真鱼呢?研究人员在设计时参考斑马鱼的形状、色彩、条纹等物理特征,还考虑了直线速度、加速度、不同鱼之间的距离、鱼群规模、鱼在游泳时摆动尾巴的节奏等行为特征。为了进一步推动专案,研究人员还让机器鱼学习并适应真实鱼类的行为。

之后研究小组在不同的水环境测试机器人,其中一些划定小房间和走廊等区域。测试涉及十个斑马鱼族群,每个族群有 4 条斑马鱼和机器鱼互动。研究人员记录每条鱼的位置和运动情况,以及机器鱼融入族群的倾向。

伯奈特说:“在研究中,我们比对了只有真鱼的小组和包含机器鱼的混合小组。实验结果显示,机器鱼和真实鱼类的行为相似,这表明机器人能像鱼一样行动,并与鱼群融合。”

研究人员还开发了一个环形水箱,用以观察机器鱼是否会影响鱼类的游泳方向。结果发现“机器鱼也能促使鱼类改变方向,从一个房间游到另一个房间。”

这不是 EPFL 机器人系统实验室(LSRO)第一次做类似研究。研究人员之前曾观察蟑螂族群,结果显示蟑螂愿意接受几乎所有能散发特定蟑螂信息素的机器人。

“为了融入昆虫社群,机器人只需要发射某种信息素就可以。但如果想(让机器人)融入脊椎动物群体,研究就要涉及更多标准,比如外观、运动和振动等。(相较蟑螂)鱼是更复杂的动物。”伯奈特说。

我们已可了解哪些特征与鱼类的社会融合有关。借助仿生机器鱼,我们还可以了解鱼类社会的层次架构,比如谁是鱼群的领导者及它们如何做集体决策。

仿生机器人对动物行为研究来说绝对是很有帮助的工具。这篇研究论文最近发表在《Bioinspiration & Biomimetics》杂志。

(本文由 36Kr 授权转载;首图来源:影片截图)

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2019-03-13 11:31:00

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