WPI研制出水下機(jī)器人，可以減緩獅子魚(yú)帶來(lái)的物種入侵威脅

現(xiàn)在，生態(tài)環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視。除了人們熟知的污染排放、氣候變化、過(guò)度捕撈之外，物種入侵也是造成生態(tài)失衡的重要因素之一。而且伴隨著放生、偷渡等行為的增多有愈演愈烈的趨勢(shì)?，F(xiàn)在加勒比海和西大西洋就面臨著物種入侵的問(wèn)題。

若說(shuō)起海洋中的頂級(jí)捕食者，通常大家腦海中想到的大多會(huì)是鯊魚(yú)。但是問(wèn)一下加勒比?；蛎绹?guó)沿海地區(qū)的漁民或自然保護(hù)主義者，你可能會(huì)得到不同的答案。在那里，一個(gè)小得多的生物正在沖擊著水下生態(tài)系統(tǒng)。

獅子魚(yú)是一種原產(chǎn)于南太平洋和印度洋的多彩水族館魚(yú)，但現(xiàn)在已成為加勒比海和西大西洋的一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題。在這里由于沒(méi)有捕食者，它的數(shù)量正在以驚人的數(shù)度增長(zhǎng)，會(huì)大量捕食本地魚(yú)類(lèi)，影響當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)，給珊瑚礁造成了額外的壓力。

根據(jù)海洋基金會(huì)的說(shuō)法，這種魚(yú)的胃部可以擴(kuò)展到正常體積的30倍，可以在短短五周內(nèi)將珊瑚礁上的幼魚(yú)數(shù)量減少近90％。已經(jīng)有發(fā)現(xiàn)獅子魚(yú)的胃里有50多種幼魚(yú)。

于是伍斯特理工學(xué)院（WPI）的本科學(xué)生計(jì)劃研制一個(gè)自動(dòng)水下機(jī)器人，希望可以減緩獅子魚(yú)帶來(lái)的物種入侵威脅。而魚(yú)也有較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，可以給當(dāng)?shù)貪O民帶來(lái)新的收入。

“這對(duì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境都有好處，而且魚(yú)也很美味，” 專(zhuān)注于機(jī)器人計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)的機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生布蘭登凱利說(shuō)，“這些魚(yú)造成的巨大破壞，讓我想要在這個(gè)項(xiàng)目上工作，我們覺(jué)得我們可以給這種環(huán)境帶來(lái)一些變化?！?/p>

第一個(gè)學(xué)生項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在去年開(kāi)發(fā)出了幾個(gè)系統(tǒng)，使?jié)撍畽C(jī)器人能夠?qū)ⅹ{子魚(yú)與其他物種區(qū)分開(kāi)來(lái)。機(jī)器人可以提供給當(dāng)?shù)貪O民，他們經(jīng)常水肺潛水捕魚(yú)，用這種機(jī)器人來(lái)捕獲獅子魚(yú)是一種更有效、更安全的方式

過(guò)去一年中，MQP團(tuán)隊(duì)成員使用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)庫(kù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟件和計(jì)算機(jī)視覺(jué)模型以及機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)機(jī)器人的計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)，這是區(qū)分獅子魚(yú)與該地區(qū)其他魚(yú)類(lèi)和水生物種的關(guān)鍵。他們向系統(tǒng)展示了數(shù)千種不同顏色的獅子魚(yú)的圖像，這些圖像是從不同的角度和不同的光照條件下拍攝的，用來(lái)訓(xùn)練獅子魚(yú)的識(shí)別精度，目前識(shí)別精度已達(dá)到95%。

WPI的機(jī)器人能在沒(méi)有人類(lèi)指導(dǎo)的情況下自行捕魚(yú)，并且不會(huì)破壞脆弱的珊瑚礁。一旦它識(shí)別出獅子魚(yú)，它就會(huì)改變路線(xiàn)攔截它并刺入它。浮力矛尖將分離并將魚(yú)漂浮到表面以便收集。漁民可以使用多個(gè)機(jī)器人同時(shí)作業(yè)，增大捕撈量。

WPI表示，給機(jī)器人繪制一條路線(xiàn)，將它扔出船，讓它下到礁石，它就可以自行搜索。理想情況下，機(jī)器人將設(shè)置搜索模式并沿著礁石移動(dòng)而不會(huì)發(fā)生碰撞。這個(gè)模式使得機(jī)器人可以成為解決環(huán)境問(wèn)題的一種方式。

該團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了備用系統(tǒng)和浮力補(bǔ)償系統(tǒng)。機(jī)器人有一個(gè)旋轉(zhuǎn)木馬，與左輪手槍的圓柱體不同，它有八個(gè)可拆卸的矛尖。電動(dòng)機(jī)構(gòu)連接到金屬軸，可以將矛尖插入魚(yú)中。當(dāng)軸縮回時(shí)，將浮力矛尖端嵌入魚(yú)中，旋轉(zhuǎn)木馬轉(zhuǎn)動(dòng)將下一個(gè)矛尖移動(dòng)到位。當(dāng)使用矛尖時(shí)，機(jī)器人失去浮力。為了彌補(bǔ)這一缺陷，研究人員建造了一個(gè)防水，充氣的腔室，每次噴射后稍微擴(kuò)大，以便平衡機(jī)器人的浮力。該團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)了一個(gè)防水腔室，以保護(hù)機(jī)器人的主板和電子設(shè)備免受鹽水的腐蝕性影響。

WPI表示，接下來(lái)的一年內(nèi)，第二個(gè)MQP團(tuán)隊(duì)將專(zhuān)注于機(jī)器人的全球?qū)Ш较到y(tǒng)，使其能夠在尋找獅子魚(yú)時(shí)自動(dòng)導(dǎo)航和建立三維搜索網(wǎng)格。