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水下机器人或可用于减缓物种入侵

水下机器人或可用于减缓物种入侵

现在,生态环境问题越来越受到人们的重视。除了人们熟知的污染排放、气候变化、过度捕捞之外,物种入侵也是造成生态失衡的重要因素之一。而且伴随着放生、偷渡等行为的增多有愈演愈烈的趋势。现在加勒比海和西大西洋就面临着物种入侵的问题。
若说起海洋中的顶级捕食者,通常大家脑海中想到的大多会是鲨鱼。但是问一下加勒比海或美国沿海地区的渔民或自然保护主义者,你可能会得到不同的答案。在那里,一个小得多的生物正在冲击着水下生态系统。
狮子鱼是一种原产于南太平洋和印度洋的多彩水族馆鱼,但现在已成为加勒比海和西大西洋的一个严重问题。在这里由于没有捕食者,它的数量正在以惊人的数度增长,会大量捕食本地鱼类,影响当地的生态系统,给珊瑚礁造成了额外的压力。

根据海洋基金会的说法,这种鱼的胃部可以扩展到正常体积的30倍,可以在短短五周内将珊瑚礁上的幼鱼数量减少近90%。已经有发现狮子鱼的胃里有50多种幼鱼。
于是伍斯特理工学院(WPI)的本科学生计划研制一个自动水下机器人,希望可以减缓狮子鱼带来的物种入侵威胁。而鱼也有较大的经济价值,可以给当地渔民带来新的收入。


“这对经济和环境都有好处,而且鱼也很美味,” 专注于机器人计算机视觉系统的机器人工程专业学生布兰登凯利说,“这些鱼造成的巨大破坏,让我想要在这个项目上工作,我们觉得我们可以给这种环境带来一些变化。
第一个学生项目团队在去年开发出了几个系统,使潜水机器人能够将狮子鱼与其他物种区分开来。机器人可以提供给当地渔民,他们经常水肺潜水捕鱼,用这种机器人来捕获狮子鱼是一种更有效、更安全的方式
过去一年中,MQP团队成员使用先进的计算机视觉库、神经网络软件和计算机视觉模型以及机器学习技术来开发机器人的计算机视觉系统,这是区分狮子鱼与该地区其他鱼类和水生物种的关键。他们向系统展示了数千种不同颜色的狮子鱼的图像,这些图像是从不同的角度和不同的光照条件下拍摄的,用来训练狮子鱼的识别精度,目前识别精度已达到95%




WPI的机器人能在没有人类指导的情况下自行捕鱼,并且不会破坏脆弱的珊瑚礁。一旦它识别出狮子鱼,它就会改变路线拦截它并刺入它。浮力矛尖将分离并将鱼漂浮到表面以便收集。渔民可以使用多个机器人同时作业,增大捕捞量。
WPI表示,给机器人绘制一条路线,将它扔出船,让它下到礁石,它就可以自行搜索。理想情况下,机器人将设置搜索模式并沿着礁石移动而不会发生碰撞。这个模式使得机器人可以成为解决环境问题的一种方式。
该团队还开发了备用系统和浮力补偿系统。机器人有一个旋转木马,与左轮手枪的圆柱体不同,它有八个可拆卸的矛尖。电动机构连接到金属轴,可以将矛尖插入鱼中。当轴缩回时,将浮力矛尖端嵌入鱼中,旋转木马转动将下一个矛尖移动到位。当使用矛尖时,机器人失去浮力。为了弥补这一缺陷,研究人员建造了一个防水,充气的腔室,每次喷射后稍微扩大,以便平衡机器人的浮力。该团队还设计了一个防水腔室,以保护机器人的主板和电子设备免受盐水的腐蚀性影响。
WPI表示,接下来的一年内,第二个MQP团队将专注于机器人的全球导航系统,使其能够在寻找狮子鱼时自动导航和建立三维搜索网格。

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