人造侧线系统综述.pdf

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1、2O13．12·42·32(12)人造侧线系统综述王伟，仲昆，谢广明(北京大学工学院，北京100871)摘要：侧线系统是水中动物特别是鱼类的重要感知系统，可以帮助动物有效感知周围的水动态环境信息。在水中机器人，特别是仿生机器鱼上设计和安装人造侧线系统，是当前水中机器人研究的新方向和热点。概述了鱼类侧线系统的结构特点和感知原理；介绍了人造侧线系统的实现原理和的实验研究状况；分析了人造侧线系统研究存在的一些难点和问题，并对今后的发展趋势和应用前景进行了展望。关键词：水下机器人；人造侧线系统；水动态环境感知；仿生技术中图分类号：TJ242

2、．6文献标志码：ASurveyofArtificialLateralLineSystemsWangWei，ZhongKun，XieGuangming(CollegeofEngineering，PekingUniversity，Beijing100871，China)Abstract：Laterallinesystemsareimportantsensingsystemsforunderwateranimals，especiallyforfish，whichhelptheanimalsensethesurroundinghydrody

3、namicenvironmentinformationeffectively．Designingandinstallingartificiallaterallinesystemsonunderwaterrobots，especiallyonbionicroboticfisharenOWanoveldirectionandfocusofunderwaterrobotics．Inthispaper，wefirstintroducethestructuralcharacteristicsandthesensingprinciplesoff

4、ishlaterallinesysteminnature．Then，weintroducetheartificiallaterallinesystemsincludingtherealizationprincipleandexperimentalresearchresults．Finally,somedificultyandproblemsofartificiallaterallinesystemsareanalyzedandthedirectionoffuturedevelopmentandapplicationprospecta

5、rediscussed．Keywords：underwaterrobot；artificiallaterallinesystems；hydrodynamicenvironmentsensing；bionictechnology0引言同式样、不同功能的仿生机器鱼样机相继被研制出来。早期研制的机器鱼都以鱼尾推进的鱼类为研究由于水对光能的选择性吸收，悬浮物遮挡及光模型，并未在机器鱼上安装传感器，因而只能实现线折射等因素，会造成水下成像扭曲，在没有光照游动机理，不能对周围环境进行感知和监测。基于的夜晚或者深海区域，水下环境更是漆黑一片，这仿

6、生启发来设计人造侧线系统，可以使机器鱼或水些原因导致生物视觉部分或者全部丧失作用。大量下航行器等能像鱼类一样感知和获取环境信息，快学者对鱼类等生物如何在这种环境下正常生存，避速准确地做出反应。然而，模仿鱼类侧线非常困难，开障碍物的遮挡，完成其各种姿势的游动进行研究，存在信息感知、机械设计、安装布局、建模控制等鱼类的侧线系统也随之被发现。侧线系统是鱼类和诸多问题，如何将生物学上侧线系统的研究成果成水生两栖类动物特有的感觉器官，与其捕食、避敌、功地运用到实践之中，综合侧线理论机制和机器人群游、生殖等行为密切相关¨】。鱼类依靠侧线系统技术

7、的发展来设计人造侧线系统，是近些年科研人感觉周围水动力特征，获取水流运动信息。神经丘员研究的一个重点和难点。基于此，笔者对鱼类侧是构成鱼类侧线系统的基础。对侧线系统的研究开线系统进行仿生性研究，并对人造侧线系统存在的始于17世纪Stenonis对侧线管道的观察，直到1884一些问题进行分析。年神经丘正式定名并延用至今【4J。此后，学者们对侧线器官的结构功能和神经支配等展开了较为细致l鱼类侧线系统的结构及其特点的研究。其中国外学者对侧线系统的研究已较为深对鱼类侧线系统生物学的研究是人造侧线仿生入1J，包括侧线系统的组成分布以及功能描述

8、。和设计的基础。鱼类的侧线系统由体表神经丘与侧世界上第一条仿真机器鱼——仿生金枪鱼线管神经丘组成，这2种神经丘都是由感觉细胞来RoboTuna[81于1994年由MIT成功研制。此后，不感受水流产生的刺激，由于分布位置不同以及感觉收稿