By OCAdmin in 研究報導 on

魚類群游是一種被廣為研究的生物現象。生物學家發現，魚類能利用側線系統感測周遭流場變化，即便無視覺能力亦可達成群游。借鑑於此生物機制，本所嚴惟果博士後研究員、黃千芬教授與工科海洋系郭振華教授所組成的研究團隊，提出在領導者-跟隨者（Leader-Follower）的機器魚群游編隊中，跟隨者藉由感知領導者尾鰭擺動所產生的動態水壓改變以進行定位追蹤。

研究團隊在跟隨者身體前端安裝壓力感測陣列，量測周遭水壓以估測領導者位置。利用勢流理論所建立之領導者-跟隨者之壓力場模型，來度量在不同相對位置下之壓力感知對領導者位置的可觀察性，以評估能可靠獲得領導者位置的估測。由於壓力場模型為非線性，估測器是採用萊文貝格－馬夸特方法（Levenberg–Marquardt method）。可觀察性分析結果顯示，當領導者直接位於跟隨者之右艏或左艏時（圖1c），可得出較佳之領導者位置估測，這與魚群群游模式相似。

此研究在實驗水槽進行驗證，利用一台以螺槳推進的自主式水下載具（Autonomous Underwater Vehicle；圖1b）跟隨另一台以尾鰭擺動推進的仿生魚（圖1a）。由壓力感測所獲得的領導者定位結果與利用雷射掃描儀測得之位置結果一致。此外亦執行了跟隨者藉由位置估測以即時反饋控制維持隊形的試驗（圖2）。實驗結果驗證了可觀察性的分析，以及估測器在反饋控制中的使用。本研究為自主式水下載具的編隊控制奠定了基礎。（撰稿：嚴惟果，2021/1/10）

圖1：實驗所使用之水下自主式載具與壓力感測領導者位置的可觀察性指數圖

圖2：即時反饋控制跟隨者維持在領導仿生魚之左斜艉向位置的結果

延伸閱讀： W.-K. Yen, C.-F Huang, H.-R. Chang and J. Guo. Localization of a leading robotic fish using a pressure sensor array on its following vehicle. Bioinspiration & Biomimetics, vol. 16, no. 1, pp. 016007, 2020.

Available at: https://doi.org/10.1088/1748-3190/abb0cc