近年来多种仿生机器鱼出现在公众视 野，吸引了大家的目光：根据金龙鱼的游动 姿态和外观样式研制的仿生金龙鱼，依托流 体仿真技术设计而成， 能在水中连续游动6-8 小时，根据环境自主游动，智能避障；仿生 鲸鲨在上海海昌海洋公园火山鲨鱼馆展出， 给游客呈现出高新科技赋予海洋生物别样观 感的视觉盛宴。智能机器鱼正逐步从实验室 走向了现实中的应用。

　　

　　图 1 仿生金龙鱼

　　在二战的潜艇之后，水下交通工具就没 有什么大的改变：坚硬、敦实、螺旋桨驱动。

　　无论是大型的载人工具还是小型的机器人， 大多数水下航行器都有一个能效最高的限定 速度。此外，螺旋桨容易被杂物缠绕、产生 的噪声容易被监听。观察并模仿自然行为， 是人类创新的重要源泉。人们将目光投向了 自然界的鱼类，1994 年，麻省理工学院模仿 金枪鱼游动模式研制出第一条仿生鱼，中国 相继研发出自己的机器鱼，此后几十年，各 国实验室相继研发出多款机器鱼。

　　智能机器鱼是根据鱼类的游动姿态和外 观样式，凭借流体仿真技术设计而成，具有 生物欺骗性，对环境的扰动小，具有极高的 隐蔽性。为了让智能机器鱼在水下可以安全 灵活的执行任务，例如：在狭窄、复杂的水 域航行、探测、协同集群，开展环境进行监 测、构建水下地图，水下摄影、对海洋工程 和海洋牧场进行设备维修，可燃冰探测等工 作， 在海洋馆中代替珍稀野生鱼类以供科普， 智能机器鱼需要结合多种传感器和全局视觉 控制技术， 给智能机器鱼视觉、听觉、感觉。 此外，智能机器鱼作为执行任务的载体，具 有很强的可拓展性。近年来，科学家从鱼类身上获取灵感来搭建相应的传感器系统，如 鱼眼相机、模仿鱼类感知水流的人工侧线系 统等等，还采用许多如机器学习、强化学习 等人工智能算法使得机器鱼更智能。

　　随着科学家对鱼类游动方式、推进机理 的认识加深、驱动技术的革新、材料制备、 智能规划与决策等技术手段的快速发展，智 能机器鱼从实验室环境一步步走向实际的湖 泊、展览馆，游向海洋，迈向更有意义的应 用层面。如今已经发展出较为智能的机器鱼， 随着材料和工艺的发展，更接近真鱼的软体 机器鱼越来越多呈现在大众面前。这种柔软 的机器鱼是环境友好的， 不会吓到真正的鱼。

　　麻省理工学院研究人员利用一种软体机 器鱼去监视生活在斐济珊瑚礁里的鱼，最小 化人类行为对环境的干扰。浙江大学等单位 研制的仿蝠鲼和狮子鱼的机器鱼采用介电弹 性材料智能驱动，实现万米马里亚纳海沟的 驱动实验。佛罗里达大学研究人员在类金枪 鱼机器人身上安装了人工肌腱，并且让它根 据速度调节鱼尾的刚度，在不同速度下的能 耗平均下降了一半。

　　基于对鱼类游动的流体力学、流固耦合 和结构变形机理的研究，我们构造了一种线 牵驱动的机器鱼， 采用顺从式柔性驱动设计， 其后半部分身体由多个转动关节连接，且具 有一定柔性和弹性，当内置于头部壳体的舵 机带动穿过各身体段的钢丝绳运动时，其尾 部也随之摆动。通过舵机旋转的角度和频率可控制机器鱼的游动姿态。作为可高速直线 航行、兼具灵活转弯性能的软体机器鱼，耦 合深水摄像、传感等模块，如今可以实现避 障，多鱼的协同配合，下一步将走向更加实 际的应用场景。

　　

　　图 2 力学所智能仿生机器鱼

　　综合目前智能机器鱼的发展来看，智能 机器鱼在游动方面的机理和系统集成等方面 进步很快，各类成果纷纷亮相。不过，受限 于更深层次的机理研究、制作材料、驱动机 构、控制策略， 目前智能机器鱼的运动性能 与真鱼相比仍有一定差距，包括长时巡游速 度、瞬间爆发力、游动稳定性、抗扰流能力等， 其感知技术水平也相对有限，大多智能机器 鱼尚不具备在恶劣海洋环境下开展作业的能力。

　　未来，随着材料学、机械工程、控制学 以及人工智能的发展，期待智能机器鱼作为 一种新型海洋装备在高仿生特性、高运动特 性、强智能特性等方面进一步提高技术水平，为人类认识、探索和利用海洋发挥更大作用。 就像航空无人机在一个又一个行业中证明自 己的价值一样，智能机器鱼可能会彻底改变 生态学、航运和其他希望在水下持久存在但 又难以探索的领域。在构建智慧海洋的过程 中发挥出重要作用。

银波，副研究员，中国科学院流固耦合系统力学重点实验室， 研究领域：流固耦合数值方法；仿生潜航器。