Roboter-Fisch kann die reale Sache betrügen.

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Wissenschaftler haben lange Natur für Inspiration und Innovation geworden. Aus entriegeln der Geheimnisse der Spinnenseide superstarke Materialien erstellen, nimmt Hinweise von Geckos für neue Klebstoffe, führen Hinweise aus der natürlichen Welt oft zu Fortschritte in unserer Praxis. Aber das Verhältnis zwischen Technik und Natur ist weitgehend ein-seitige, mit Menschen, die Ernten, die Mehrheit des Nutzens der Entdeckung gewesen.

Was passiert, wenn es war möglich, schließen Sie die Kontur, und kombinieren Sie menschlicher Scharfsinn und die Weisheit der Natur, einer Art oder eines Ökosystems zu schützen?

Dr. Maurizio Porfiri, Assistant Professor für Maschinenbau am Polytechnischen Institut der New York University, ist einen Schritt näher an dieses Ziel durch seine Forschung in das Verhalten von Fischschwärmen, die durch eine Auszeichnung der NSF Faculty Early Career Development (CAREER) finanziert wird. Porfiri die Erkenntnisse brachte ihn dazu, eine Reihe von biologisch inspirierte Roboter erstellen, die helfen können, Erhaltung und zum Schutz der Unterwasserwelt.

"Studien der Fischschwärme, Vogelschwärme und Herden von Tieren Robotersysteme für eigene Anwendungen entwickelt inspiriert haben", sagt Porfiri. "Aber ich wollte sehen, ob ich die Lücke schließen konnte, einige dieser Vorteile wieder in die natürliche Welt zu bringen."

Eine lebenslange Tierfreundin, die Kindheit Ambitionen, zu einem Tierpfleger erinnert, Porfiri begann sein Studium der Fisch Schulbildung durch die Untersuchung, wie Führung innerhalb dieser Populationen begründet ist. "Fischschwärme ein umfassendes System der Austausch von Informationen haben", erklärt Porfiri. "sie entscheiden, wann zur Schule basiert auf einer Vielzahl von Faktoren, einschließlich der Vision und Druck Hinweise von den anderen Fischen. Anhand dieser Hinweise können wir lernen, wie Schule Mitglieder erkennen – und folgen – ein Führer. "

Porfiri postuliert, dass wenn er Führung durch ein externes Mitglied durchsetzen konnte – in diesem Fall, ein Roboter, der die Gruppe aktiv engagiert sich – er könnte Einfluss auf die Richtung und das Verhalten von Fischschwärmen. Dies könnte einen lebensrettender Vorteil für marinen Populationen im Falle von Öl oder Chemikalien verschüttet oder andere Naturkatastrophen. Porfiri sieht auch die Möglichkeit, Fisch vom Menschen verursachten Gefahren wie Turbinen führen.

Porfiri Hintergrund in dynamischer Systeme, Mechanik der Werkstoffentwicklung und Unterwasser-Robotik unterstützt bei der Erstellung der Roboter "Führer" Fische, die zwar auf den ersten Blick nicht besonders lebensecht täuschend agile Schwimmer sind. Wenn in einer Umgebung mit gesellig Fischgruppen bereitgestellt, wurden diese Roboter Mitglieder effektiv bei der Schule Verhalten zu beeinflussen. Porfiri deutet darauf hin, dass eines der Geheimnisse der Roboter-Fähigkeit, erfolgreich mit echter Fisch Schule in ihrer Mimik der echte Fische schwimmen Merkmale liegen kann.

Dieser ersten Generation von Roboter-Fisch ist in der Lage zu schwimmen entlang einer Ebene, und künftige Generationen werden in der Lage zu tauchen und Oberfläche. Im Labor Beobachtungen bemerkten Porfiri und sein Team eine Vielzahl von Interaktionsmustern zwischen Gruppen von gesellig Fisch und die Unterwasser-Roboter, einschließlich der Verfolgung, Fräsen und folgen, deutete an, dass das Gruppenverhalten von einem Roboter Mitglied verändert werden kann.

In der Zwischenzeit gibt der NSF CAREER Grant, der auch Community Outreach unterstützt, Porfiri die Gelegenheit, seine Arbeit über das Labor, den alten Traum seine Tage im Zoo verbringen zurückzuerobern. Während des akademischen Jahres können er und seine Studenten im New York Aquarium, gefunden werden, wo sie eine Leidenschaft für Mathematik, Naturwissenschaften und Technik bei den örtlichen Grund- und Mittelschule Studenten pflegen. Die jungen Studenten engagieren sich in authentischen Roboter gestalterische Experimente, Erstellen von benutzerdefinierten kaudalen Flossen für Roboter-Fisch. Durch den Einsatz von Robotern ausgestattet mit diesen Flossen während Test schwimmt, lernen die Klassen wie Fin Größe und Form schwimmen Leistung auswirken.

Anmerkung der Redaktion: Diese Forschung wurde unterstützt durch die National Science Foundation (NSF), die Bundesagentur für angeklagt Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Sehen den Blick hinter die Kulissen Archiv.