科學也可以如此靠近

這裡有條混入魚缸的機器魚,能帶著整個魚群跑路


2018年1月19日02時 今日科學 36氪
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人工智慧技術的飛躍使機器人變得越來越像人類了,但是受限於計算機科學、認知心理學、神經科學等學科的發展,我們目前仍然能夠辨認出機器人的樣子。不過魚類似乎更容易被糊弄。

瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)的研究人員最近就研發出了一種水生機器魚,它們會學習如何跟魚類相互溝通,和它們一起游泳,還能改變它們游泳的方向,在水中carry全場。

圖片來源:EPFL

「我們想研究機器魚將如何混入魚群,如何跟它們進行互動交流並做出決定」,EPFL的博士後研究員弗蘭克·博內特(Frank Bonnet)對Digital Trends說。

換句話說,研究人員希望通過設計機器人與動物群落相融合來更多地了解這些動物的交流方式,從而達到解密它們的行為模式與社會結構的目的。

這些可以融入真實魚群的「秘密特工」長約七厘米,比建模時參照的魚稍長,但形狀和比例無差。機器魚體內裝有磁鐵,並與安裝在水族箱下面的小型發動機相連,以提供它在水中游泳的動力。

研究人員選擇的實驗魚群是斑馬魚(Danio rerio),因為斑馬魚是一個健康的物種,整個族群傾向於快速移動和變換方向。

研究項目分了兩部分。其中一部分涉及生物學,即研究個別魚類之間的社會互動情況,機器魚可以幫助研究者進行有針對性的刺激,並測試被標記的魚的反應。第二部分則涉及機器人技術,這也是EPFL的研究人員所關注的。

團隊決定先讓機器魚混入到斑馬魚群中。但怎麼才能讓它們偽裝得像真魚呢?研究人員在設計時參考了斑馬魚的形狀、顏色、條紋等物理特徵,還考慮了線速度、加速度、不同魚之間的距離、魚群規模、魚在游泳時擺動尾巴的節奏等行為特徵。為了進一步推進這個項目,研究人員還讓機器魚學習並適應真實魚類的行為。

之後研究小組在不同的水環境中測試他們的機器人,其中一些劃定了小房間和走廊等區域。測試涉及十個斑馬魚族群,每個族群有四條斑馬魚和機器魚互動。研究人員記錄了每條魚的位置和運動情況以及機器魚融入族群的傾向。

博內特說:「在研究中,我們比較了只有真魚的小組和包含機器魚的混合小組。實驗結果顯示,機器魚和真實魚類的行為是相似的,這表明機器人能夠像魚一樣行動,並與魚群融合。」

研究人員還開發了一個環形裝置,用以觀察機器魚是否會影響魚類的游泳方向。結果發現「機器魚也能夠促使魚類改變方向,從一個房間游到另一個房間。」

這已經不是EPFL機器人系統實驗室(LSRO)第一次做類似的研究。研究人員之前曾對蟑螂族群做過觀察,結果顯示蟑螂願意接受幾乎所有能夠散發特定蟑螂信息素的機器人。

「為了融入昆蟲社區,機器人只需要發射某種信息素就可以。但是,如果想(讓機器人)融入一個脊椎動物群體,研究就要涉及更多的標準,比如外觀、運動和振動等。(相較於蟑螂),魚是更加複雜的動物,」 博內特說。

「我們已經可以了解哪些特徵與魚類的社會融合有關。藉助仿生機器魚,我們還可以了解魚類社會的層次結構,比如誰是魚群的領導者以及它們如何進行集體決策。」

仿生機器人對於動物行為研究來說絕對是很有幫助的工具。這篇研究論文最近發表在了Bioinspiration&Biomimetics雜誌上。


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