西工大造出中国首款仿蝠鲼潜水器，1025米海试成功，背后有何深意

作为科技部重点支持项目，西北工业大学自主水下航行器团队最近又传来好消息：我国首例具有应用能力的仿蝠鲼柔体潜水器成功完成1025米深度海试。作为水下智能水下航行器研究，这一成果十分重要，它是继天津大学“海燕号”滑翔机之后又一原创性海洋探测利器，标志着我国在该领域进入世界先进水平。

早在2019年8月这款“滑扑一体自主变形仿生柔体潜航器”就红遍网络，通过模拟仿生蝠鲼，实现“鲲鹏展翅，自由翱翔，一跃千里，群游四海”的终极目标。该仿生航行器主要应用于长时广域水文信息采集、复杂地形区域水质监测、海底电缆管道监测、智能海洋牧场鱼情监测、珊瑚监测等领域。

那么作为仿生AUV（自主水下航行器）其到底有什么特殊之处，通过仿生蝠鲼又有什么优势呢？

仿生海洋鱼类，智能化水下航行器大展宏图，选择蝠鲼堪称“天作之合”

我们的科研方式中有最重要的一种方式就是：仿生科学。通过研究动植物的特性，能够解决很多难题，因为这些生物经过几百万年的进化，对自然界有很好的适应能力，其外形和功能上十分符合“进化理论”，用最低的能量消耗获取最大的利益。

飞机、潜艇、轮船等等很多都是仿生的结果，不同的是有的装备模仿了生物的部分，而有的产品整体模仿。

作为水下智能潜水器，是集生物、材料、机械、电子、控制多学科交叉，不但要从被模仿生物的基本特性出发，还要集成其他学科进行改造，最终才能形成仿生装置。

科学家们通过研究发现，生活在热带和亚热带鳐鱼是十分理想的被仿生对象，主要其有以下特点：

1、蝠鲼又叫“魔鬼鱼”，它最显著的特征就是善于滑翔，并且其流线型的扁平躯体阻力也很小，特别适合水下潜水器需要节能减重，利用外形优势滑翔的需求；

2、相比较前期模仿鳐鱼来说，蝠鲼体型更大，模仿的外形可以更加适合大尺寸、大运力装置；

仿生蝠鲼状潜艇通过仿生技术灵巧变形，技术含量更高，其能量的利用率肯定也会更佳，并有效提升潜艇水下航行性能和续航力。

还有一个十分重要的方面，采用较为逼真的仿生蝠鲼，有较强的隐蔽性，可以搭载更多探测器了解深海渔场的相关信息。并且蝠鲼本就有群居的特性，多个仿生蝠鲼通过网络连接在一起，就可以形成仿生的“AUV集群”，用途更加广泛。

总之，利用蝠鲼这一特性，研发智能潜水器可以充分满足长航时、大范围作业的需求，其机动性、隐蔽性以及续航时间都可以大幅度提高。

当然，采用仿生蝠鲼的目标就是大海，所以研究团队研发和验证顺序就是：小型工程样机、中性内河、内湖样机、深海潜水工程机。

这就是不断地提高设备性能，加载更多传感器，已经充分利用滑翔节能的改造过程，其难度相当巨大，2017年，新加坡国立大学也推出了仿蝠鲼潜水器，名叫“MantaDroid”，不过从外形上看更像一只潜水的企鹅，毕竟才35.5厘米长，但是还是引起了业界的轰动。英国海军就曾提出大量采用仿生蝠鲼作为潜艇的设想。

从10公斤样机到500公斤工程机，深海1000米成功突破

原理都好明白，但是真正要形成产品，则是一个富满挑战的过程，研究仿生生物才是第一步，可以说每一个研究团队都是对生物进行大量研究后，才能开始研制工作。

西北工业大学航海学院的自主水下航行器团队首先搭建了三维流场测量系统，并且使用高速运动相机对活体蝠鲼进行观测研究，重点对齐滑翔和扑动实现多种运动姿态进行捕捉，通过对蝠鲼前游、倒游、偏航、俯仰、急停、翻滚等运动的进行分析，最终建立了蝠鲼的外形参数模型与运动参数模型，进而研制出了我国首款滑扑一体自主变形仿生柔体潜航器。

该项目自2016年启动以来，已经历经了4个型号的工程样机研制:

其中，I型样机翼展2米，采用刚性机翼，主要验证滑翔能力；II型样机翼展3米，机翼尖端部分为柔性，主要验证滑翔为主、扑动为辅的能力；III型样机翼展2米，机翼全柔性，主要验证接近蝠鲼的生物滑扑一体推进能力。

而此次海试的最新工程样机在我国西沙北礁海域成功海试，在海下1025米成功完成预定动作，采集多维度数据，成为首例具有应用能力的仿生水下航行器，未来将在海洋环境保护等方面发挥重要作用。

该机型也从最初的10公斤样机，长成了“大胖子”，长成了翼展长3米、重470公斤，续航可达1个月的仿蝠鲼柔体潜水器。

西北工业大学航海学院技术团队自我评价此次深海实验：“它是把仿蝠鲼的机器鱼和水下的这个滑翔机结合到一起了。它和蝠鲼的滑翔和拍动相似程度已经接近了90%以上，可以在海洋牧场当中和鱼群混游，可以监视海洋牧场当中的这些鱼群的健康状态。”

作为深潜水器，研发面临的难题很多，但是通过“”开展蝠鲼生物解剖学研究、蝠鲼生物运动学研究、蝠鲼推进机理流体仿真、蝠鲼推进机理DPIV（数字粒子图像测速系统）流场观测、仿生软体扑动胸鳍研制、中央模式发生器（CPG）仿生运动控制、姿态稳定控制、自主避障控制、有效载荷搭载论证与湖海实验验证、集群任务规划、集群路径规划、集群编队、集群侦察探测等。”

已经实现了高推进效率、高机动性、高稳定性、低环境扰动、低噪声，以及大负载空间、大负载能力、长续航，海底软着陆的实际应用装置，属于世界首款应用机型。

具体技术实现原理和过程就不再展开叙述，目前国内AUV论文很多，仿生的成果也很多，感兴趣的朋友可以自行查阅相关资料。伴随着海试的成功，该装置将会搭载更多传感器，这将对海洋渔业和环境保护工作提供坚实保障。

文末，十分佩服西北工业大学的实干精神，怪不得华为任正非要把鸿蒙实验班放在西工大，团队从样机到应用产品，仔细打磨，逐步验证，十分严谨，是一种十分值得我们学习的科学研究精神。

最后问一下：为何海试样机一般采用黄色涂装呢？