Studie beobachtet die Interaktionen zwischen lebenden Fischen und fischähnlichen Robotern.

12. Mai 2023 Feature

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von Ingrid Fadelli, Tech Xplore

In den letzten Jahrzehnten haben Ingenieure eine breite Palette von Robotersystemen entwickelt, die von Tieren inspiriert sind, darunter auch vierbeinige Roboter sowie Systeme, die von Schlangen, Insekten, Kalmaren und Fischen inspiriert sind. Studien, die die Interaktionen zwischen diesen Robotern und ihren biologischen Pendants untersuchen, sind jedoch immer noch relativ selten.

Forscher der Peking-Universität und der China Agricultural University haben kürzlich untersucht, was passiert, wenn lebende Fische in derselben Umgebung wie ein robotischer Fisch platziert werden. Die Ergebnisse ihrer Studie, die in Bioinspiration & Biomimetics veröffentlicht wurden, könnten sowohl die Entwicklung von fischinspirierten Robotern als auch ein neues Licht auf das Verhalten von echten Fischen werfen.

"Unser Forschungsteam konzentriert sich seit geraumer Zeit auf die Entwicklung von selbstbeweglichen robotischen Fischen", sagte Dr. Junzhi Yu, einer der Forscher, die die Studie durchgeführt haben, gegenüber Tech Xplore. "Bei unseren Feldexperimenten haben wir eine aufregende Phänomen beobachtet, bei dem lebende Fische dem schwimmenden robotischen Fisch folgten. Wir sind daran interessiert, die zugrunde liegenden Prinzipien dieses Phänomens weiter zu erforschen und ein tieferes Verständnis dieses 'Folgeverhaltens' zu erlangen."

Das Hauptziel der jüngsten Arbeit von Dr. Yu und seinen Kollegen war es, neue Einblicke darüber zu gewinnen, wie Fische mit den fischähnlichen Robotern interagieren, die in ihrem Labor entwickelt wurden, da dies sowohl der Robotik als auch der Biologie-Forschungsgemeinschaft zugutekommen könnte. Der Robotik-Fisch, der in ihren Experimenten verwendet wurde, wurde sorgfältig entworfen, um das Aussehen, die Körperform und die Bewegungen von Koi-Fischen, großen und bunten Süßwasserfischen, die aus Ostasien stammen, nachzuahmen.

"Mit dem Modell des zentralen Mustererzeugers (CPG) haben wir ein Steuersystem entwickelt, das Rhythmus-Signale für die Schwingungen der beiden verketteten Gelenke unseres Systems erzeugt", erklärte Dr. Yu. "Diese Signale treiben die flexible Schwanzflosse an und erzeugen ein Anti-Karman-Wirbelstraßenmuster, das es unserem Roboterfisch ermöglicht, eine ähnliche Körper-Schwanzflossen-Bewegung wie Koi-Fische zu erreichen. Diese Konstruktion ermöglicht es unserem Roboterfisch, effizient selbstbewegt zu schwimmen und ist somit ein ideales Werkzeug zur Erforschung des Fischverhaltens."

In ihren Experimenten platzierten Dr. Yu und seine Kollegen ein oder zwei Prototypen ihres koi-fischähnlichen Roboters in demselben Tank mit einem oder mehreren lebenden Fischen. Sie beobachteten dann, wie sich die Fische in Gegenwart dieses Roboters verhielten und bewerteten, ob sich ihr Verhalten je nach Anzahl der anderen lebenden Fische im Tank mit ihnen unterschied.

"Die bemerkenswerteste Leistung unserer Studie besteht in der Analyse von Experimenten zur Mengen- und Parametervariation", sagte Dr. Yu. "Durch umfangreiche Experimente haben wir festgestellt, dass lebende Fische deutlich geringere Proaktivität zeigen, wenn sie allein sind, und der proaktivste Fall ist einer, in dem ein Roboterfisch mit zwei echten Fischen interagiert. Darüber hinaus weisen unsere Experimente zur Parametervariation darauf hin, dass lebende Fische möglicherweise auf robotische Fische reagieren, die mit hoher Frequenz und geringer Amplitude schwimmen, sich aber auch zusammen mit dem Roboterfisch mit hoher Frequenz und hoher Amplitude bewegen können."

Die Beobachtungen der Forscher werfen ein interessantes neues Licht auf das kollektive Verhalten von Fischen, das potenziell die Gestaltung zusätzlicher fischähnlicher Roboter leiten könnte. Ihre Arbeit könnte auch andere Teams dazu inspirieren, die Interaktionen zwischen lebenden Tieren und ihren robotischen Gegenstücken zu untersuchen. Dies könnte wiederum dazu beitragen, das soziale Verhalten dieser Tiere besser zu verstehen und wie sie auf Roboter reagieren würden, wenn sie schließlich in ihre Umgebung eingeführt würden.

"Eine vielversprechende Richtung für die weitere Entwicklung von Roboterfischen ist die Verwendung flexibler Materialien wie dielektrischer Elastomere, um eine geräusch- und vibrationsfreie Antriebstechnologie zu schaffen", fügte Dr. Yu hinzu. "Dies wird es uns ermöglichen, ein höheres Maß an bionischer Interaktion zwischen Roboterfischen und echten Fischen zu erreichen, neue Möglichkeiten zur Erforschung von Wasserumgebungen und Meereslebewesen zu eröffnen. Mit der fortgesetzten Forschung und Entwicklung in diesem Bereich hoffen wir, einige kommerzielle Produkte für interaktive Demonstrationszwecke zu entwickeln."

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