魚兒水中游，水黽水上飄，如同身懷絕技的武俠人物，牠們高超的游泳功夫，教人好不心動。

凝視著水黽足下盪起的圈圈漣漪，不禁令人遐想如果可以任意在水上行動，該是何等愜意？

自然界中的生物為求生存各具獨門功夫，這十八般武藝為人類的仿生科技帶來哪些啟發呢？

且讓郭育仁同學和夥伴Nile創作的小水黽機器人影片【strider- fish】帶您一探究竟。

撰文 /林秋玫
攝影 /李潛龍 . 林省言
影片/ 郭育仁  Yu-Jeng Kuo（ Rhein-Waal University of Applied Science  研究所一年級）

水黽交配並捕食昆蟲，地點：婆羅洲 Borneo Ulu Ai

在德國Rhein-Waal University of Applied Science學校的研究所中，除了研究動作的Locomotion（動力學）的學程，另外還著重材料研究的Bio-inspired material、接收與傳遞資訊的Sensing、以及動物行為模式的Behavior等學程。

但凡選修Locomotion（動力學）的研究生都要在課程中，學習如何設計製作完成一件通過測試的仿生機器人。我實在非常好奇，學生們在天馬行空的創意激盪下，都會產出哪些能在水中行動的機器人呢？郭育仁同學回憶道：「有些人做鴨子，有些人做海蛇，主要目標是讓機器人能在水中直線前進，不能中途偏掉航線，或是碰到測試用的大水缸內壁。」

水黽交配，地點：婆羅洲  Borneo Ulu Ai

我有些擔心沒有任何機電工程與程式編寫經驗的他，在德國研習仿生學會不會產生挫折感？沒想到，他的口氣倒是顯得很淡定：「對我來說語言是主要的障礙，特別是對於動作的細部描述方面辭彙不足，就算是學了多年的英文和德文，還是書到用時方恨少。」出乎意料之外，他對於程式編寫方面表現出濃厚的興趣，他開心地表示：「在仿生機器人設計的過程中我覺得很好玩，從設計構思開始，要選定哪種生物作為發展原型，到程式該如何撰寫才能讓機器人執行命令，做出預設的前進動作，進而修正試行使機器人能更精確行動。對我來說每個環節都很有挑戰性，也覺得十分有趣，不會有什麼壓力。」

他向我介紹最近學校實驗課中的一個小創作，那是一個以「水黽」在水上行動為發想原型，外加「魚尾」擺動為輔助動力，來提升小機器人在水上行動功能的一個實驗作品。

何氏棘魞 Spinibarbus hollandi (Oshima, 1919)

 蓋斑鬥魚 Macropodus opercularis (Linnaeus, 1758)

自古以來，人類 從大自然萬物的觀察、模仿和創新設計的活動中，累積了長遠的文明發展和進步成果。器物與工具的改良和創新，為人類帶來了更便利舒適的生活。例如：古人伐木造船，模仿魚的外形製作成主要船體，也仿照魚的胸鰭和尾鰭，製成能幫助船隻行動的雙槳和單櫓，增進水上運輸的速度。

 

魚尾鰭的左右擺動，給人類帶來船隻動力的新靈感。

這次，郭育仁同學與Nile Nyama Hossain 孟加拉來的女同學，合作設計了一款結合了水黽和魚行動功能的機器人。他詳細地為我解釋：「我們只用五、六個小時就搞定，從畫設計圖、切割泡棉、組裝到測試。」

結合水黽和魚雙重行動功能的水上機器人，由郭育仁 Yu-Jeng Kuo 和 Nile 兩位同學共同討論設計的草圖。

「小水黽機器人的製作其實很簡單，只利用兩個小馬達(Servo motors) 帶動兩片魚鰭形狀的塑膠片，透過簡單的程式編寫，使魚鰭按我們設計的方式來回擺動。透過不同的測試，我們發現對稱的運動會擠壓兩片魚鰭中的空間，使水流受壓迫而往後射出，形成一股穩定的推進力量。」他說起小水黽機器人誕生的點滴，條理分明充滿熱情，彷彿我也參與了這兩「菜鳥」有趣的合作歷程。我感覺到昔日喜歡觀察動物行為的他，此時已變身為十足「機器人控」的「理工男」，愈來愈著迷於如何下指令，讓他設計的機器人前進….前進….再前進….

 

小水黽機器人前進是用兩個小馬達 (Servo motors) 帶動魚鰭形狀塑膠片，用簡單的程式編寫使魚鰭來回擺動。

這個魚和水黽合體機器人的程式難不難寫？

「還好，在編寫程式方面我們都是新手，所以不僅要參考學長的作品，又要上網看教學影片，才能研究出魚尾鰭合適的擺動頻率與震幅。比較挑戰的是，機器人重心的掌握必須謹慎拿捏，要把最有份量的電池跟微控制器擺在恰當的位置，使得機器人能保持平衡，不至於因為激烈的魚尾鰭擺動而翻船。」

掌握小水黽機器人重心，要電池跟微控制器擺在恰當的位置，才能能保持平衡，不會因魚尾鰭擺動而翻船。

「你在大水缸裡操作機器人，會不會遇到漏電的問題？」「只要水花不至於過大而噴濺，基本上就不會短路，因為人體的電阻很大，機器人只有9伏特的電量並不會令人產生被電到的感覺。」

另外，我問起關於Nile的背景，郭育仁同學說：「她的英文非常流利，聲音清脆甜美，所以影片中的旁白都是她設計與親自錄音的，我則負責部分旁白和影片剪接與呈現。她對同學很親切，互動大方，上課提問時較羞怯。但是，據說她平日在家最愛的活動卻是與哥哥摔角(Wrestling)喔，對WWE美國著名的摔角節目也很熱衷！

實驗室的大水缸終極測試

聽完郭育仁同學說了這麼多有關小水黽的故事，我也迫不及待地想知道，這隻小水黽機器人能不能順利通過實驗室的大水缸測試？「天降奇蹟，我們的小水黽，只花了25秒就通過了3公尺的大水缸。是全班第二快的機器人呢！」

終於，力爭上游努力不懈的二人組，成功地由菜鳥轉型為黑馬，身手矯健的小水黽機器人小兵立大功，勇往直前抵達目標，讓他們風風光光拿了滿分1.0的好成績。(在德國1.0屬於滿分，4.0屬於及格，而5則是最糟糕的分數) 經由這次成功的學習經驗，郭育仁同學和Nile不僅贏得了滿堂彩，更大大提振他們繼續探索仿生科技的信心。

影片【strider fish】用有趣的採訪方式，記錄了郭育仁同學和夥伴Nile設計的小水黽機器人，現在就請大家一起來欣賞吧！