浙江在線杭州4月4日訊浙江大學玉泉校區西南面的工控新樓，樓如其名，是一幢非常“工”的教學樓：里面的團隊搞機械、控制、電子……各種工程研究，成員也基本上都是筆筆直的工科男。

可是這里的世界，反而別有一番洞天。

昨天，錢報記者走進工控新樓一層最深處任沁源副教授的實驗室。這里簡直就是一個動物園：蝴蝶、蛇、蜘蛛、螃蟹、尺蠖(huò)、鯉魚……上天入地,各色動物。

任沁源是控制科學與工程學院的科學家，所以那些動物也不是一般的生物，是一群智能仿生機器人。團隊最新的成果機器蛇相關的研究，發表在最近一期《信息與電子工程前沿》(《FITEE》)上。

運動能力最強的動物——

如入無人之境的“蛇”

蛇，對環境具有非常強的自適應能力，這一直是人類科學家十分感興趣的課題。

“在沙漠、陸地、樹上和水中，蛇都可以保持快速移動。并且，由于細長的身軀(蟒類不在其列)，蛇可以到達很多其他生物無法涉足的逼仄區域，是‘全地形’動物。”任沁源也關注到這種世界上運動能力最強的生物之一。

“傳統機器人對環境復雜性的感知以及自適應性都比較差，我們可以向大自然中的動物學習，做出更好的機器人。”任沁源說，所以他們想做仿生機器人，設計一些和生物系統類似的人工機械系統，把動物對環境的強大自適應能力，通過控制的算法，轉移到人工機械上去。

在非洲東部，吉普提的伊薩人很神奇，他們可以支配蛇，讓蛇跟著音樂，一起搖頭晃腦。在浙江大學，科學家則用科學的方法來控制一條“蛇”。

“我們做的是仿生控制，通過學習生物體內的生物控制機制，比如大腦中樞模式發散器，用類腦的計算方法，控制機器蛇的運動。”論文的第一作者博士生歐陽文娟告訴記者，實驗室的這條機器蛇，頭部有微處理器和藍牙模塊，微處理器里有控制算法(小腦模型控制器+中樞模式發生器)。

就像運動神經發達的人，可以完成協調性要求更高、更復雜的動作。任沁源實驗室的這條機器蛇，有著非常先進的仿生物神經反應(運動控制)系統，因此它的運動模態也很多，運動靈活性更強。

機器蛇目前正在新加坡合作實驗室測試，記者在一段視頻里見到這條蛇：它長60厘米，動起來和生物蛇一樣，快速蜿蜒前進，平滑無聲，迅速兇猛。記者竟然不由自主地往后退了退。

這條蛇能夠按照科學家指定的路線運動，也可以輕松地避障。任沁源說，未來，機器蛇會在自然災害救援領域發揮很重要的作用。比如地震、火場，這類不可預計的復雜環境，它們能夠隨著環境變化，幫助執行勘探任務；也可以穿越災區的障礙物，在狹窄的廢墟內部展開搜索、救援。

而一群考古學家也早就瞄上機器蛇，比如探索金字塔就可以將機械蛇放入，在不破壞結構和環境的情況下，勘探其內部結構。

動物園元老——

能急轉彎的圓胖子“錦鯉”

錦鯉，是機器人動物園的起點。

研究最開始是從一打一打的錦鯉開始的。活的鯉魚。

2010年，任沁源博士畢業后，前往新加坡國立大學計算機與電氣工程學系，從事水下無人智能系統的導航與控制研究。

新加坡是一個島國，周邊海洋情況復雜。“水面狀況復雜，水下有水草、海藻、珊瑚的水域，傳統的船只、潛水艇不方便運行，而且螺旋槳驅動容易破壞環境。”科學家想做一條機器魚來深入海洋。

機器魚，就是這樣應運而生的。

“鯉魚的運動復雜性和形體的載重能力，對機械來說，是一個好的平衡。”任博士解釋說，機器人需要一定裝配，比如身上的傳感器、計算機，鯉魚的大體格的紡錘形(類似圓柱形)身體，也比較符合機械系統的設置。

但錦鯉是個靈活的圓胖子。錦鯉有一種兇猛的運動模態叫“C-Sharp Turning”，就是說，即使在很小的范圍里，這樣肥圓身形的錦鯉，也能以迅雷不及掩耳之勢急轉彎的。

機器怎么學錦鯉游泳呢？先養魚觀察。

“我們買了很多錦鯉來養。”同時，實驗室搭建了高速攝像設備，用三維重構方式捕捉錦鯉的運動，經過分析規律后進行抽象數學建模。

聽起來，有點“花港觀魚”的意思。可事實上哪里有這么浪漫，科學家們一天得盯著看好幾個小時看鯉魚游泳，“非常辛苦，后來看到魚就煩。”

而且錦鯉不好養。“它們對溫度、飲食有比較特殊的要求，也很容易生病，比如長霉菌。”任博士的錦鯉們，前期大量犧牲。他常常一次買一打錦鯉到實驗室飼養、觀察，“高速攝像機整天對著，光線照著，它們也不開心。”

實驗室里為科學獻身的錦鯉，是普通的品種，約100多元人民幣一條。但是我們人類有理由，向這些默默支持科學事業的錦鯉致敬。在它們的幫助下，機器魚誕生了。

機器魚體長80厘米，外形和錦鯉長得一樣。

魚，這會也在新加坡合作實驗測試。記者還是在視頻里，領略了它的英姿：

它能學錦鯉動態地上浮、下潛——通過改變全身重心比重，擺動身體暢游在不同位置的水域。當它正慢慢地往深水處游時，突然，它尾巴一扭，一個猝不及防的急轉彎。

機器魚由伺服電機驅動，游起來幾乎悄無聲息。目前，這條魚的相關產品已經在漁場應用，它可以進行近水域的勘探，也可以在復雜環境采集水樣。

實驗室對這條“錦鯉”的研究還在繼續。“接下去，我們希望探索機器魚在復雜環境里的定位和導航功能。”科學家希望打造一條全智能魚，同時，實驗室還想打造機器魚群運動。

工控新樓的有趣事件，還有很多。

再過一段時間，大樓南邊的草坪就會開始生長出大片的野蘑菇，一茬一茬，不同的品種。

倘若你去那里轉轉，沒準能碰到每年初夏，任沁源開的一門課程的成果驗收——春學期末，同學們要做一個和飛行相關的機器人。這個時候，那里就是野生動物園了。

總結

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