记者从力学与工程学系获悉，经过两年多时间的跨学科科研攻关，北京大学力学与工程科学智能控制实验室、北京大学系统与控制研究中心以长江学者王龙为首的课题组，成功研制出两代仿生海豚样机PKU-dolphin I和PKU-dolphin II，并研制出了一套机器海豚实验和测试平台。 20世纪60年代诞生的仿生学(Bionics)，是一门涉及生命科学、物质科学、数学力学、信息科学、工程技术以及系统科学等多学科的交叉学科，其研究成果为科学技术创新提供了新思路、新原理和新方法。在国际仿生研究领域，许多科学家将目光转向形态和机理更为复杂的水下动物研究。比如：美国麻省理工学院就在机器鱼研究方面走在世界前沿。 “我们也作过大量的机器鱼的研究，甚至有些方面的研究还相当出色，但是我们一味因循别人的路子，就在科研上十分被动。于是我们经过深思熟虑，把研究方向转向海豚。”王龙教授说。 在水下仿生领域，海豚在游动性能、减阻机制、声纳探测方面具有比鱼类更为卓越的性能。海豚通过皮肤的皱折来抑制湍流的作用，降低阻力，实现高速游动，最高时速可达74-93km/h。依靠头部灵敏的感知系统和灵活的鳍肢、背鳍，海豚能实现各种高机动性运动如急转、下潜、上浮等；同时，通过鳍肢、背鳍和尾叶三者之间的协调运动，海豚能完成跃水、乘浪、滑水、空中转等高难度动作。此外，不论是个体还是群体，海豚比其它的海洋生物具有更高的智力，他们可以互相呼应一起协调动作，还能和人进行较好的信息交流。上述这些优点说明，海豚作为对机器人学、自动控制及人工智能的研究对象，具有更丰富的意义。 但是，进行海豚研究存在很大的技术和社会环境带来的困难。海豚运动迅速，实验标本(圈养海豚和野生海豚)难以获取。无论是在运动机理、减阻机制还是智慧评估方面，人们对海豚的认识还处在一个初步阶段。受食物链、污染和人类的捕捞影响，野生海豚的种群数量锐减，其中一些种属已成为珍稀濒危物种，如生活在我国长江流域的白暨豚和生活在东海、南海海域的被誉为“国宝”的中华白海豚。 因此，从工程技术的角度来说，如果能利用现有的机械、电子、计算机、控制等手段，开发一个模仿海豚运动的仿生机器人系统——机器海豚，一方面，将有助于加深对生物海豚运动机理及减阻机制的理解；另一方面，有可能将海豚推进技术应用于研制新一代集高效性、机动性、灵活性和隐形性于一体的无人水下潜器。 然而，机器海豚的研制比机器鱼研制具有更大的难度。首先，和鱼的左右摇摆的动作不同，海豚采用的是背腹式摆动推进机理，推进机构在垂直面内必须承受所排开水的重量和自身的重力，这给推进机构材料、驱动器选择和机器海豚的平衡提出了极高的要求。其次，自然界的海豚能产生足够大的瞬时推力，使其高高跃出水面。要使机器海豚跃出水面，不仅要有一个较高的初速度，而且要给驱动模块提供瞬时的高能量，这对机器海豚的机载电源的功率密度和容量提出了更高的要求。再次，海豚进行翻滚、腾跃等复杂动作时依靠的是鳍肢、背鳍和尾叶三者之间的协调运动，这是很难模仿海豚的复杂行为。最后，海豚有一套极其灵敏的声纳系统，体积小，能准确地测定目标的方位、距离，识别目标的形状、大小和性质。而现有的人造声纳体积大，性能远不及海豚的生物声纳。 作为生物推进机理和工程技术的结合点，机器海豚是包含生物学、水动力学、自动控制、材料学和机器人技术等的多学科交叉问题。在国际上，由于机器海豚开发研制的诸多困难，针对机器海豚的理论、方法和技术研究尚处于起步阶段。虽然有过相关的技术探索，但国内外尚未能成功实现机器海豚的复杂运动(如背腹式运动、乘浪、翻滚、腾跃等)，而仿生海豚的研制有可能填补这一空白。 北京大学力学与工程科学系智能控制实验室、北京大学系统与控制研究中心以长江学者王龙教授为首的课题组（包括喻俊志、范瑞峰、谢广明、霍继延、胡永辉、赵惟、方奕敏等教师和研究生）在北京大学985工程和国家杰出青年基金的资助下，把智能仿生机器(Intelligent Biomimetic Machines)这一多学科交叉课题作为研究主攻方向之一，研究重点集中在多仿生机器鱼协调和机器海豚研制方面。该研究包括机器人动力学、运动控制、多机器人协作、信号处理、人工智能和分布式控制系统等方面的研究，同时还要结合仿生学、力学、材料科学、自动控制理论、机械学、电子、传感、计算、通讯等学科的新发展，是北京大学利用多学科优势促进科研攻关的又一个典型事例。 王龙教授表示：机器海豚作为一个典型的高技术集成和多学科交叉课题，其理论方法和技术上的突破，将会在减阻机制、人机交互方式、特殊环境的隐蔽检测等领域带来一批创新性研究成果。在水族馆、科技馆的科普和娱乐中也会有良好的市场前景。目前，该成果正在申请国家专利。