香港大学机器鱼打破50米游泳吉尼斯世界纪录！水下停留8到12个小时，可用于溺水救援|专访

"我们正在努力创建一个类似于波士顿动力的组织，不过是在亚洲！"

提起自己参与研发、并创下吉尼斯世界纪录的机器鱼SNAPP，该团队的创始成员之一穆罕默德?萨德?沙希德?安维尔（Muhammad Saad Shahid Anwel，下称萨德）告诉DeepTech。

图| 快速游动的SNAPP（来源：SNAPP 团队）

SNAPP 由香港大学机械工程系研发，目前还保持着一项于2020 年创下的吉尼斯世界纪录：游完50m 的水下路线只需耗时22.92 秒，这打破了 "机器人鱼最快50m 游泳" 的记录。

图| SNAPP 获得相关吉尼斯世界纪录视频截图（来源：香港大学）

这比曾在2008 年北京奥运会一人独揽8 枚金牌、并打破4 个游泳项目世界纪录的菲尔普斯还快。另据悉，该记录在香港大学霍英东游泳池完成。

图| 也可慢速游动（来源：SNAPP 团队）

具体来说，相比人类游泳者在国际游泳联合会（FINA）认可的长距离游泳池中创造的世界纪录，机器鱼超过了男子50 m 仰泳（24s）和50 m 蛙泳（25.9s）、女子50 m 自由泳（23.67s） 、以及50 m 蝶泳（24.43s）和50m 仰泳（26.98s）。

图| 测试游速（来源：SNAPP 团队）

该项目的首席研究员、来自香港大学机械工程系的Timothy Ng 表示："除了塞萨尔?西埃洛（Cesar Cielo，男子50 米自由泳- 50 米池世界纪录保持者）以外，我们已经超越了大多数奥林匹克游泳运动员，后者在20.91 秒内游泳50 米。"

因此，SNAPP 是迄今为止最快的机器人鱼类，其以2.18 米/ 秒的速度突破了人类游泳所熟知的科学界限。

图| SNAPP 的设计图（来源：SNAPP 团队）

如上图所示，SNAPP 采用模块化设计，为的是便于维护、维修和定制。它的浮力可通过增加身体组件来增加，其防水性能得益于它使用了丙烯酸管和O 型圈。

它还使用433MHz 低频无线电，所以能更好地穿透水下信号。结构上，SNAPP 采用苏格兰轭（Scotch Yoke），并使用聚乳酸（PLA）材料，以3D 打印制作而成，总成本大约641 美元。

由于使用机械鳍来移动，这不同于常见的螺旋桨工作原理，因此可防止被水下植物缠绕。此外，它使用锂离子电池供电，能在水下停留8 到12 个小时。

SNAPP 的波动频率为4Hz，尺寸为880 毫米（长）x 75 毫米（宽）x 300 毫米（高），质量为5 千克，并由150W 的电机供电。

它能快速游泳的原因之一，在于鱼尾设计的灵活性，如下图其鱼尾就像一个弯月，这种弧度是灵活性的来源之一，并能在水下推动其前进。

图| 颜色艳丽的SNAPP（来源：SNAPP 团队）

自立项起，共有几十人参与SNAPP 研发，并孵化出一个名为BREED Robotics 的机器人技术团队，该团队隶属于香港大学，团队主要创始人有Timothy NG 等人。

港大机械工程系助理教授张富则是该项目的导师，他表示："通过在机器人鱼上添加视觉系统和控制算法，我们希望我们的鱼能够在水下任务中充当搜索救援机器人的角色。"

研发过程中，该团队努力在速度、重量、耐用性和可靠性之间寻求平衡，SNAPP 的设计也经历了翻天覆地的变化。

如下图所示，五年间，它的鱼身和鱼尾都经历了多次迭代。最初的鱼身是圆柱状，到最后成为尖锐的椭圆柱状。

图| 鱼身的多次迭代（来源：香港大学）

鱼尾则经历从弧状、到"脊椎骨"状、再到弧状的迭代。

图| 鱼尾的多次迭代（来源：香港大学）

在尝试使用 "白鱼""肥金枪鱼" 和 "黄尾" 等不同原型进行了几次失败的尝试之后，该团队最终设法将不锈钢灌输到了重量更轻的3D 打印塑料中，并开发出了目前版本。

图| 给SNAPP 安装零件（来源：SNAPP 团队）

SNAPP 的外形很薄，可以在0.5 米深的浅水区工作，可以穿过海底岩层，更可以穿过狭窄的裂缝。由于重量轻，阻力小，它能在0.8 秒内加速到最大速度，并且可以用尾鳍进行急转弯。

在48伏、5000毫安时的电池帮助下，它能以高速间歇性游泳3 小时，并能在6 小时内维持1 米/ 秒的巡航速度。

目前，SNAPP 还具备电气功能和软件功能，例如控制器、反馈系统和方向控制系统，未来还将拥有伺服鳍片和水下摄像头检测功能。

图| SNAPP 尺寸为880 毫米（长）x 75 毫米（宽）x 300 毫米（高）（来源：SNAPP 团队）

据悉，该项目最初由一名港大学生发起，2017 年底Timothy Ng 接任了项目负责人的职务，并将这条鱼带到了目前的创纪录水平。

谈及研发过程，他表示："最大的挑战是如何开始创造创纪录的鱼类。我们选择复制一条鱼的自然运动，这是机器人过去试图避免的事情，但是我们认为这是一条值得探索的途径。"

持续几年的付出，也让该团队获得了由港大工程学院谭荣范创新部举办的第三届InnoShow 的 "InnoShow 奖项目"，以及 "第六届香港大学生创新与创新奖" 的亚军（这是由香港新生代文化协会和香港科技园公司举办的创业大赛）。

图| 外观可被设计成不同图案（来源：SNAPP 团队）

可以2.3 米/ 秒的速度游向溺水者

该机器鱼具备搜寻救援、监测水质、以及在水族馆提供娱乐的功能。

由于具有较好的水下移动性，并且能在没有救生员的情况下，提供浮动支撑和拖曳能力。因此SNAPP 非常适合进行救援和搜索。

图| 救生示意图（来源：SNAPP 团队）

当与基于人工智能的视觉系统集成、并使用空中无人机时，它可以形成一个强大的系统，为空袭和水中的受害者提供搜索和营救。

2018 年，为营救被困泰国洞穴的少年足球队成员，前泰国海军海豹突击队队员库南（Saman Kunan）不幸牺牲。该团队表示，如果能够使用SNAPP，这场牺牲本可以避免。

据世卫组织估计，全球每年有32 万人死于溺水。在2012-2016 年，香港报告了193 例意外溺水死亡病例，其中66% 的死亡事故发生在没有救生员的情况下。

在演示试验中，救生员对SNAPP 在游泳池中的表现感到惊讶。他们称SNAPP 的快速执行力可以很好地帮助挽救生命，因为在溺水情况下，时间就是生命，而SNAPP 的快速运动能力，正是溺水救援所需要的。

也因此，SNAPP 的常见部署地点是挤满游客的海滩，一旦有人出现溺水，在确认挣扎中的受害者身份后，SNAPP 可以2.3 米/ 秒的速度游向现场。到达后，SNAPP 为受害者提供漂浮支持。

如下图所示，一旦受害者得到保护，SNAPP 会以巡航速度将受害者拖回岸边，此外它还能提供足够的浮力，来支撑一个重达80 公斤的人漂浮在水面上。

图| SNAPP 救援溺水者示意图（来源：Kevin Lin）

另据悉，它能在没有救生员的情况下提供浮动支撑和拖曳能力，还可作为潜水员的 "宠物"，为他们携带氧气罐等重要设备。当潜水员陷入水流中，可将他们从水中拉开。

也可解决海洋污染和保护海岸线

在检测水质方面，该团队正在研究使用SNAPP，来解决海洋污染和侦察水下垃圾的问题。

图| 水下静止的SNAPP（来源：SNAPP 团队）

在海底的SNAPP，可将其位置传递给相关收集器，也可被部署到定期流域中，对水样进行采集和水质监测，如检测海底微塑料等。

同时，大多数海洋尚未为人类所见，SNAPP 还可帮助保护海岸线、以及保护公共海滩免受鲨鱼侵害，同时可以监管水域边界。

图| SNAPP 的尾部连接处（来源：SNAPP 团队）

虽然SNAPP 还无法与天然鱼的游动速度相提并论，但它模仿了真实鱼的运动和轮廓，因此能很好地适应海洋环境。它的动作步态和真实的鱼一样，发出的声音很小，可将水下声污染降至最低。

未来，该团队通过胸鳍去改进SNAPP 的俯仰控制和横摇控制，从而让其在动荡的水下环境中更加机动。

此外，他们还将给其增加识别能力和通信设备，以便主动找到受害人。最后，会通过特别方法，以便在救援时像人工救生员那样，将失去知觉的受害者抬起来，并把他们带回安全地点。

萨德告诉DeepTech，SNAPP 还在持续更新中，并将于今年九月更新最新技术细节。

来源：DeepTech深科技