机器鱼如何以假乱真，花的生境极限在哪里？科学家黄埔开讲

本文转自：人民日报客户端

姜晓丹 雷锦萍

10月16日，黄埔科普讲坛第11期暨万象校园科学公开课第6期在广州黄埔举办。本次科学公开课邀请了仿生机器鱼、高原珍稀植物考察领域的两位嘉宾作为主讲人，分享了关于自然的故事和奥秘，广东省教育研究院黄埔实验学校李大鹏校长作为特邀主持人。

谢广明：以自然为师，造仿生机器鱼

海洋蕴藏着丰富的生物资源，包括海参、鲍鱼等诸多海珍。然而，越珍贵的海鲜越难捕捞，“海碰子”便是凭借自身良好的潜水技能来捕捞海产品的一类人群。他们配备几十斤的潜水设备下水作业，每次潜水都是与死神的一次较量。“如果我们能发明水下机器人，实现无人化的捕捞，那‘海碰子’们就不用这么辛苦了。”于是，北京大学工学院先进制造与机器人系的谢广明教授带领着他的团队开始了仿生机器鱼的研发。为什么是仿生鱼类呢？谢广明解释道，鱼类的生活技巧远胜于人类现有的航海科技：推进效率高，耗能低；机动性能好；低噪音，对生态影响低。

谢广明带领团队通过模拟鱼的摆动过程，搭建机电系统来复现生物运动原理，再编写控制软件，加上防水的“鱼皮”，让“鱼”协调地游动起来。2012年后，3D打印技术兴起，“我们专门去菜市场，看哪条鱼长得比较美，把它买回来速冻上，用三维激光扫描成图，再通过3D打印出一条更接近真鱼外形的机器鱼。”但要想让机器鱼的性能更像真鱼，还要学习鱼的感知能力。他们又发现鱼类特有的水下感知器官——侧线系统，通过感知局部细微的水流变化，预测出水流流速和方向，进一步能够感知前方有没有障碍物、食物、伙伴或天敌。于是他们也给机器鱼装了人造侧线系统，借此初步实现了对伙伴位置的感知。此外，他的团队已经根据“午夜幽灵”魔鬼刀鱼做出了另一种水下感知系统——电感知系统。受章鱼灵活抓取能力的启发，还造出了仿章鱼的软体抓取手，可以实现对生物的无损抓取。

然而，仅有个体层面的仿生还不够，还需要发展群体层面的仿生。大多数鱼类通过群体智能提高寻找目标生物的效率以及抵御天敌。历史上有许多飞机坠海的空难，人力寻找遗骸非常困难，如果有大量的机器鱼代替人类去寻找，那将事半功倍。谢广明带领团队模拟鱼群行为，初步实现了机器鱼的群体智能。不久的将来，机器鱼和真鱼还可以组成新的群体，有可能用到生物保护上。以灭绝的中国淡水鱼王长江白鲟为例，人类修建的大坝阻碍了它们游回长江上游产卵。即使新大坝考虑生态问题，设计出专门的鱼道，但宽阔的江面，鱼游过来也难以找到入口。“未来我们可以设计机器鱼混入真鱼鱼群，把它们带往鱼道入口，辅助它们洄游，解决上游产卵问题”谢广明教授补充道。

王强：在世界之巅，守护雪域精灵

泛喜马拉雅地区是地球上最独特的地理单元，拥有最丰富的高山植物区系，其包括喜马拉雅山、横断山、喀喇昆仑山和兴都—库什山一部分。“在全球，找不到第二个像泛喜马拉雅这样生境多样化的区域”，中国科学院植物研究所研究员王强介绍道。在这片区域内，生长着两万多种维管植物，相当于中国所有维管植物种类的三分之二，是整个欧洲的2倍，北美洲的1.5倍。保护国际评估的全球35个生物多样性热点地区中，泛喜马拉雅就有3个，差不多占了十分之一。泛喜马拉雅地区的植物多样性研究，是植物分类学领域最重要、最基础性的工作之一。作为地质最不稳定的地区之一，泛喜马拉雅地区泥石流、地震频发，刀耕火种与乱采滥挖现象也十分严重，但是关于泛喜马拉雅植物多样性的研究却相当匮乏，不利于植物多样性的保护。

十余年来，王强及其团队的足迹遍布泛喜马拉雅植物秘境，他们发现了绝迹近百年的高山贝母，极度濒危的大花黄牡丹，会召唤野蜂的西藏对叶兰，花像蓝光摄像头的球果假沙晶兰……他们采集了10万余份珍贵的植物标本，拍摄了20余万条珍稀植物影像数据，为国家掌握全球生物多样性热点区域的植物资源提供了重要的基础性资料。王强参与编研并负责推进的《泛喜马拉雅植物志》被国内外同行誉为“当今国际植物志书编研的最高水准”。

“我们必须全面了解这片区域的植物，必须对它们进行最好的保护，千万不能等到失去了它们之后才认识它们，这需要全社会每一个人的支持。”

本次公开课的主持人是广东省教育研究院黄埔实验学校校长李大鹏，演讲结束后，李校长和两位嘉宾围绕智能仿生和泛喜马拉雅地区的植物多样性等科学问题进行了圆桌对话，同时开放了现场互动问答，广东省教育研究院黄埔实验学校的同学们抛出了一个个生动有趣的问题，如高原植物是如何适应恶劣环境、仿生鱼机器人是否已经应用……两位嘉宾均进行了精彩的回答，同时也勉励同学们珍惜时光，培养科学兴趣，努力成为学科学、爱科学、用科学的新一代科技小达人。

本次科学公开课是由黄埔科普讲坛牵手“万象校园”，面向大湾区青少年开放的青年科学公开课，以通俗化、幽默化、故事化、场景化的方式，分享讲师对于科研、生活和生命的感悟及思考，给予青少年现实的讨论和心灵的滋养，启迪思想，分享智慧。后续演讲视频将永久上网，供社会公众免费观看