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北大课题组研制出新型水下通信系统

来源:新华社 作者:魏梦佳 时间:2017-05-25 15:41:55

  新华社北京5月25日电(记者魏梦佳)记者从北京大学获悉,该校课题组近期研制出一种新型的水下电场通信系统,为目前水下机器人通信、推动未来水下机器人大规模应用提供了新的思路。相关论文近日发表于英国的国际仿生科学领域权威期刊《生物灵感与仿生学》。

  据北大工学院谢广明教授介绍,由于水环境的特殊性,水下通信不像陆地上那样方便自如,其一定程度上限制了水下机器人大规模应用。传统水声通信是使用最为广泛的一种通信方法,但因其设备功耗高、体积大、速率慢,易受水体运动及周围障碍物影响,尤其是在有限或地形复杂的水域通信时,通信质量较差,已很难满足日益增长的水下通信需求。

  为解决水下机器人的稳定通信问题,作为国内较早开展水下仿生机器人相关研究的团队,谢广明教授领导的课题组从自然界鱼类的一种特殊行为中获得灵感,开发出了通信稳定、功耗低且对水环境要求低的水下电场通信系统,并在机器人上进行深入的实验验证。

  研究团队发现,自然界一些鱼类如南美电鳗,可主动发射和感知电场实现水下通信。电鱼通过自身特有的发电器官发射电场信号并释放到周围水域,附近其他电鱼可感知第一条电鱼发射的电场信号,并从中提取频率、波形及信号时间间隔等有效信息,从而解读出电场信号中蕴含的信息,实现个体间的水下通信。

  受此启发,研究团队先把电鱼通信系统抽象建模,接着对该电场系统进行数值仿真,初步掌握了其传播及分布特性,最后设计开发出了一套新型的仿生电场通信系统。之后,研究人员对此系统进行实验研究,结果表明,水中电场通信比水声通信更为稳定,水体运动、障碍物及水质等复杂环境对电场通信影响都很小。

  谢广明表示,目前这套仿生电场通信系统发射功率仅0.25瓦即可实现水下3至5米的近距离电场通信,增加发射功率和电极间距可进一步提高通信距离。由于其具有体积小、能耗低等优势,对将来水下机器人集群作业领域具有较大的应用前景。

 
责任编辑:王海岚
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