游泳的頭 – 曼波魚仿生機器人【Project Robot Mola】

科學發展日新月異,藉由仿生科技的應用,它開拓了我們對曼波魚的單純想像。

仿生學這門以模仿生物建造技術裝置的新科學,結合多元的專業領域持續創造驚奇的發明。

如果能以曼波魚為發想,親自動手做一隻科技感十足的「波妞」,會是怎樣的趣味呢?過程中又要克服多少困難呢?有興趣的朋友,不妨欣賞一下,郭育仁同學在德國學習初階仿生學的期末報告,曼波魚機器人記錄影片【Project Robot Mola】。

撰文 /林秋玫

影片 / 郭育仁 Yu-Jeng Kuo(Rhein-Waal University of Applied Science 研究所一年級)

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The name of the underwater robot is inspired from the biggest bony fish in the world, the Ocean Sunfish (Mola mola). The fish, which weighs sometimes more than a ton in adult, is known for using its unique style of locomotion to propel their giant body in the ocean. The huge dorsal and anal fins, oscillating synchronously to left and right, have been confirmed to generate not only lateral, but also twice longitudinal acceleration in a complete stroke cycle. As Ocean Sunfish is the only known animal in the world that uses two fins for this purpose that are not originally bilaterally symmetrical, it has become an interesting but challenging topic to see if this swimming motion is replicable on a robot. To date, no analogous attempt has ever been made in the literature.

~ 英文簡介節錄自郭育仁 Yu-Jeng Kuo的仿生機器魚習作報告 ~


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苗栗南庄神仙谷踏青,我們走了一條不樣的小徑。

被家人暱稱為 ⌈土豆仁⌋ 的郭育仁同學,目前在德國Rhein-Waal University of Applied Science 研究所就讀,專注在仿生科技應用的領域學習,他所拍攝的【Project Robot Mola】影片,完整地紀錄了他以曼波魚為發想的機器魚設計歷程。他溫和開朗的笑容和略顯靦腆的模樣,令我十分想念。所幸,在郭育仁同學還沒遠走高飛去德國求學之前,我們有機會同去悠遊新竹神仙谷,一起感受野徑青石的綠意,和瀑布流水的清新空氣,共享一座森林的寧靜。此時翻看照片,比對之前他清爽的短髮模樣,驚覺現在的長髮造型也十分酷帥呢!

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苗栗南庄神仙谷的瀑布,幽靜怡人,野性十足。

台灣海域常見的翻車魚(學名:Mola mola)因身軀圓扁龐大,無尾,大眼嘟嘴模樣討人喜歡,德國人稱牠為「游泳的頭」。這學期郭育仁同學便以「游泳的頭」為主題,展開【Project Robot Mola】一系列曼波魚機器人外觀草圖設計,3D列印主要結構,內部電子與機械的架接,電腦程式篇寫,機器下水試游,航道微調校正等工作。所幸,繁重的跨領域課程並沒有難倒他,除了在大浴缸裡 享受⌈混水摸魚⌋ 之樂,他也和同學們一起學會了潛水,難怪照片裡的他總是開懷燦笑。

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郭育仁 Yu-Jeng Kuo、Veda、Alam等同窗好友,在工作室裡合作默契十足,上潛水課時相互照應,三人在泳池邊留下歡樂合影。

台東成功漁港的翻車魚,翻車魚又稱曼波魚(學名:Mola mola)。

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曼波魚仿生機器人「波妞」初稿

郭育仁同學初抵德國時便決心要留長髮,想要探索並展現不一樣的自己,目前已成功轉型為「很潮」的科技型男。在專業領域深具挑戰精神的他,談起這隻可愛機器魚「波妞」誕生的原因,他說: ⌈因為曼波魚是全世界已知魚類中,唯一用背鰭跟臀鰭左右搖擺來前進的魚,非常特別。游得快的魚相當受到注目,像是鯊魚或鮪魚都已經很多人研究了,所以我想找比較不一樣的魚來研究。⌋ 

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曼波魚仿生機器人「波妞」修正稿-2版

學校的仿生學程依照學生主修的領域不同,不一定每個學生都會做一隻機器魚。郭育仁同學因為去年選擇了主修 Locomotion(動力學),班上同學們都要在實驗課程中,利用泡棉與電池等簡單的工具,做一個能在水中前進的仿生機器人,作品要能跨越實驗室3公尺的大水缸,才算通過測試成功。

 

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曼波魚仿生機器人「波妞」設計圖定稿-3

上學期,他認真地研究了曼波魚的游泳動作,這學期便進入了製造機器魚的實作階段。他詳細地為我解說「波妞」的製作步驟:「波妞的結構大致就是兩個3D列印的對稱外殼,簡單地將上下接合成曼波魚的外型。外殼裡是一個防水的盒子,盒子裡裝了微控制器、電池跟一個超音波感測器。驅動四個鰭的小馬達在做好防水之後,黏到外殼上,線路延伸進盒子裡面,與電池和微控制器相接。」

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「波妞」的圓胖身體是由兩個3D列印的對稱外殼所組成,裡面裝了微控制器、電池和超音波感測器等零件。

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四個簡易的鰭緊緊固定在外殼,嚴密防水的馬達,與內部線路相連接,為「波妞」提供水中前進的動能。

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「波妞」下水試航

回顧與省思

回顧這學期的學習歷程,他有感而發地說:「雖然『 波妞 』只是一個很初階的機器魚習作,但我很享受創造與學習的整個過程。不管是和外國同學一起合作,還是用英語溝通,或是解決技術上的問題,對我來說都充滿樂趣。我很開心自己選擇離開舒適圈,迎接新的挑戰,做出重大的改變。」

最後,他強調:「在這過程中,我隱隱覺得不管人類的科技再怎麼先進,自然永遠有人類還參不透的秘密。希望從大自然中汲取我們要的知識與創造新的技術,但最終人類的行為及活動也要是對環境有益、友善才好。⌋

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來自印度的 Alam同學捲起褲管下水去, 熱心幫忙郭育仁 Yu-Jeng Kuo 進行「波妞」航道的調整與測試。

 

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郭育仁 Yu-Jeng Kuo 和  Alam 在大水缸中協力合作,為修正波妞的行進路線而忙碌,個性開朗樂觀的他們,臉上始終掛著微笑。

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Alam 在水中放了一隻玩具鯨魚,作為航行的終點線,郭育仁  Yu-Jeng Kuo 放開「波妞」後,笑容依舊,但水中的雙手卻緊張地握起拳頭,這次的潛游會成功嗎?

曼波魚機器人設計與製作影片分享

現在就請大家一起來欣賞由 Veda 協助拍攝,郭育仁同學製作的這學期必修課成果:「曼波魚機器人設計與製作的小短片」【Project RobotMola】,請掌聲鼓勵。

【延伸閱讀】海中的太陽-曼波魚

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