作為科技部重點反對項目，西北工業大學自律水下航行器團隊最近又傳來好消息：我國首例具有應用能力的仿蝠鲼柔體潛水器成功完成1025米深度海試。作為水下智能水下航行器研究，這一成果十分最重要，它是時隔天津大學“海燕號”滑翔機之后又一原創性海洋觀測利器，標志著我國在該領域轉入世界先進設備水平。
早在2019年8月這款“滑撲一體自主變形仿生柔體潛航器”就走紅網絡，通過仿真仿生蝠鲼，實現“鯤鵬展翅，權利翱翔，一躍千里，群游四?！钡慕K極目標。該仿生航行器主要應用于長時廣域水文信息采集、簡單地形區域水質監測、海底電纜管道監測、智能海洋牧場魚情監測、珊瑚監測等領域。
那么作為仿生AUV（自主水下航行器）其到底有什么特殊之處，通過仿生蝠鲼又有什么優勢呢？
仿生海洋魚類，智能化水下航行器大展宏圖，自由選擇蝠鲼可謂“天作之合”
我們的科研方式中有最重要的一種方式就是：仿生科學。通過研究動植物的特性，能夠解決問題很多難題，因為這些生物經過幾百萬年的進化，對自然界有很好的適應能力，其外形和功能上十分合乎“演化理論”，用最低的能量消耗獲取最大的利益。
飛機、潛艇、輪船等等很多都是仿生的結果，有所不同的是有的裝備模仿了生物的部分，而有的產品整體仿效。
作為水下智能潛水器，是集生物、材料、機械、電子、掌控多學科交叉，不但要從被模仿生物的基本特性抵達，還要集成其他學科展開改造，最終才能形成仿生裝置。
科學家們通過研究找到，生活在熱帶和亞熱帶鰩魚是十分理想的被仿生對象，主要其有以下特點：
1、蝠鲼又叫“魔鬼魚”，它最明顯的特征就是擅于滑翔，并且其流線型的扁平軀體阻力也很小，特別合適水下潛水器必須節約能源減重，利用外形優勢滑翔的需求；
2、相比較前期仿效鰩魚來說，蝠鲼體型更大，模仿的外形可以更加合適大尺寸、大運力裝置；
仿生蝠鲼狀潛艇通過仿生技術靈活變形，技術含量更高，其能量的利用率肯定也會更佳，并有效地提高潛艇水下航行性能和續航力。
還有一個十分重要的方面，使用較為細致的仿生蝠鲼，有較強的隱蔽性，可以配備更多探測器了解深海漁場的涉及信息。并且蝠鲼本就有群居的特性，多個仿生蝠鲼通過網絡連接在一起，就可以形成仿生的“AUV集群”，用途更加廣泛。
總之，利用蝠鲼這一特性，研發智能潛水器可以充分滿足長航時、大范圍作業的需求，其機動性、隱蔽性以及續航時間都可以大幅度提高。
當然，采用仿生蝠鲼的目標就是大海，所以研究團隊研發和驗證順序就是：小型工程樣機、中性內河、內湖樣機、深海潛水工程機。
這就是不斷地提高設備性能，讀取更多傳感器，已經充分利用滑翔節約能源的改建過程，其難度相當巨大，2017年，新加坡國立大學也發售了仿蝠鲼潛水器，名為“MantaDroid”，不過從外形上看更像一只潛水的企鵝，畢竟才35.5厘米長，但是還是引起了業界的震撼。英國海軍就曾提出大量采用仿生蝠鲼作為潛艇的設想。
從10公斤樣機到500公斤工程機，深海1000米成功突破
原理都好明白，但是真正要構成產品，則是一個富滿挑戰的過程，研究仿生生物才是第一步，可以說每一個研究團隊都是對生物進行大量研究后，才能開始研制工作。
西北工業大學航海學院的自主水下航行器團隊首先搭起了三維流場測量系統，并且用于高速運動相機對活體蝠鲼展開觀測研究，重點對齊滑翔和撲動構建多種運動姿態展開捕捉，通過對蝠鲼前游、倒泛舟、偏航、俯仰、急停、下墜等運動的進行分析，最終創建了蝠鲼的外形參數模型與運動參數模型，進而研制出了我國首款濕捉一體自主變形仿生柔體潛航器。
該項目自2016年啟動以來，已經歷經了4個型號的工程樣機研制:
其中，I型樣機翼展2米，使用剛性機翼，主要檢驗滑翔能力；II型樣機翼展3米，機翼尖端部分為柔性，主要檢驗滑翔居多、撲動為輔的能力；III型樣機翼展2米，機翼全柔性，主要檢驗接近蝠鲼的生物濕撲一體前進能力。
而此次海試的最新工程樣機在我國西沙北礁海域順利海試，在海下1025米成功完成預計動作，收集多維度數據，淪為首例具備應用能力的仿生水下航行器，未來將在海洋環境保護等方面發揮重要作用。
該機型也從最初的10公斤樣機，長成了“大胖子”，長成了翼展長3米、重470公斤，續航可達1個月的仿照蝠鲼柔體潛水器。
西北工業大學航海學院技術團隊自我評價此次深海實驗：“它是把仿蝠鲼的機器魚和水下的這個滑翔機結合到一起了。它和蝠鲼的滑翔和拍動相近程度已經相似了90%以上，可以在海洋牧場當中和魚群混游，可以監視海洋牧場當中的這些魚群的身體健康狀態?！?/p>
作為深潛水器，研發面臨的難題很多，但是通過“”積極開展蝠鲼生物解剖學研究、蝠鲼生物運動學研究、蝠鲼前進機理流體仿真、蝠鲼前進機理DPIV（數字粒子圖像測速系統）流場觀測、仿生軟體撲動胸鰭研制、中央模式發生器（CPG）仿生運動控制、姿態平穩控制、自律避障掌控、有效載荷搭載論證與湖海實驗檢驗、集群任務規劃、集群路徑規劃、集群編隊、集群偵察觀測等?！?/p>
已經構建了高推進效率、高機動性、低穩定性、較低環境擾動、低噪聲，以及大阻抗空間、大負載能力、長續航，海底軟著陸的實際應用于裝置，歸屬于世界首款應用機型。
明確技術實現原理和過程就不再進行描述，目前國內AUV論文很多，仿生的成果也很多，感興趣的朋友可以自行查閱相關資料。預示著海試的順利，該裝置將會配備更多傳感器，這將對海洋漁業和環境保護工作提供堅實保障。
文末，十分敬佩西北工業大學的實干精神，怪不得華為任正非要把鴻蒙實驗班放到西工大，團隊從樣機到應用于產品，仔細拋光，逐步檢驗，十分嚴謹，是一種十分值得我們學習的科學研究精神。
檢舉/對系統
