水下機器人或可用于減緩物種入侵

現(xiàn)在，生態(tài)環(huán)境問題越來越受到人們的重視。除了人們熟知的污染排放、氣候變化、過度捕撈之外，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?，F(xiàn)在加勒比海和西大西洋就面臨著物種入侵的問題。

　　若說起海洋中的頂級捕食者，通常大家腦海中想到的大多會是鯊魚。但是問一下加勒比?；蛎绹睾５貐^(qū)的漁民或自然保護主義者，你可能會得到不同的答案。在那里，一個小得多的生物正在沖擊著水下生態(tài)系統(tǒng)。

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

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

　　于是伍斯特理工學院（WPI）的本科學生計劃研制一個自動水下機器人，希望可以減緩獅子魚帶來的物種入侵威脅。而魚也有較大的經(jīng)濟價值，可以給當?shù)貪O民帶來新的收入。

　　“這對經(jīng)濟和環(huán)境都有好處，而且魚也很美味，” 專注于機器人計算機視覺系統(tǒng)的機器人工程專業(yè)學生布蘭登凱利說，“這些魚造成的巨大破壞，讓我想要在這個項目上工作，我們覺得我們可以給這種環(huán)境帶來一些變化?！?

　　第一個學生項目團隊在去年開發(fā)出了幾個系統(tǒng)，使?jié)撍畽C器人能夠?qū)ⅹ{子魚與其他物種區(qū)分開來。機器人可以提供給當?shù)貪O民，他們經(jīng)常水肺潛水捕魚，用這種機器人來捕獲獅子魚是一種更有效、更安全的方式

　　過去一年中，MQP團隊成員使用先進的計算機視覺庫、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟件和計算機視覺模型以及機器學習技術(shù)來開發(fā)機器人的計算機視覺系統(tǒng)，這是區(qū)分獅子魚與該地區(qū)其他魚類和水生物種的關(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，用來訓練獅子魚的識別精度，目前識別精度已達到95%。

　　WPI的機器人能在沒有人類指導的情況下自行捕魚，并且不會破壞脆弱的珊瑚礁。一旦它識別出獅子魚，它就會改變路線攔截它并刺入它。浮力矛尖將分離并將魚漂浮到表面以便收集。漁民可以使用多個機器人同時作業(yè)，增大捕撈量。

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

　　該團隊還開發(fā)了備用系統(tǒng)和浮力補償系統(tǒng)。機器人有一個旋轉(zhuǎn)木馬，與左輪手槍的圓柱體不同，它有八個可拆卸的矛尖。電動機構(gòu)連接到金屬軸，可以將矛尖插入魚中。當軸縮回時，將浮力矛尖端嵌入魚中，旋轉(zhuǎn)木馬轉(zhuǎn)動將下一個矛尖移動到位。當使用矛尖時，機器人失去浮力。為了彌補這一缺陷，研究人員建造了一個防水，充氣的腔室，每次噴射后稍微擴大，以便平衡機器人的浮力。該團隊還設(shè)計了一個防水腔室，以保護機器人的主板和電子設(shè)備免受鹽水的腐蝕性影響。

　　WPI表示，接下來的一年內(nèi)，第二個MQP團隊將專注于機器人的全球?qū)Ш较到y(tǒng)，使其能夠在尋找獅子魚時自動導航和建立三維搜索網(wǎng)格。