伍斯特理工学院(WPI)的本科生正在建造一个自主水下机器人，该机器人可以帮助减少一种入侵鱼类构成的威胁，这种入侵鱼类不受自然捕食者的控制，威胁着美国沿海和加勒比海水域的珊瑚礁和其他海洋生态系统的健康，包括该地区赖以生存的重要商业和娱乐原生鱼类。gydF4y2Ba

在去年秋天启动的一项为期数年的努力中，WPI的学生团队正在开发一种机器人，旨在自主捕捉和收获狮子鱼。该项目的目标是减少入侵物种对从加勒比海到佛罗里达和乔治亚海岸的海洋生态系统的影响。由于这种鱼是一种昂贵的美味，机器人也可以为当地渔民提供新的收入来源。gydF4y2Ba

第一个学生项目团队，完成了它的MQP(主要资格项目)，在过去的学年里，开发了几个系统，使潜水机器人能够区分狮子鱼和其他物种，并刺死它们。这种机器人可以为渔民提供一种更有效、更安全的捕捞方式，渔民通常是用水肺潜水来捕捞鱼，因为这种鱼的刺有毒，摸起来会很痛。gydF4y2Ba

mqp是每个WPI学生的毕业要求，是基于团队的设计或研究项目，可为学生提供专业水平的经验。2017-18项目团队由William Godsey、Brandon Kelly、Joseph Lombardi、Nikolay Uvarov和Andrey Yuzvik组成，他们都是2018届机器人工程专业的学生。半岛app官网指导教师包括教学教授兼该校机器人资源中心主任肯尼斯·斯塔福德(Kenneth Stafford);半岛app官网机器人资源中心副主任布拉德利·米勒;半岛app官网以及计算机科学高级讲师、WPI机器人工程项目副主任克雷格·普特南。半岛app官网gydF4y2Ba

凯利专注于机器人的计算机视觉系统，他说:“这样做既有经济效益，也有环境效益，而且鱼很好吃。”“我看到了这些鱼造成的巨大破坏，这真的让我想参与这个项目。我们觉得我们可以给世界带来一些改变。”gydF4y2Ba

狮子鱼，一种原产于南太平洋和印度洋的彩色观赏鱼，已经成为加勒比海和西大西洋的一个严重问题。美国国家海洋和大气管理局(NOAA)称它们为“入侵物种的典型代表”。由于在它们的原生水域之外没有捕食者，它们的数量正以惊人的速度增长，给已经在气候变化、污染和过度捕捞的影响下挣扎的珊瑚礁带来了额外的压力。gydF4y2Ba

狮子鱼还破坏了当地的鱼类种群，这些鱼类在商业、娱乐和生态方面对该地区都很重要。根据海洋支持基金会(Ocean Support Foundation)的数据，这种鱼的胃在进食时可以膨胀到正常体积的30倍，它可以在短短五周内将珊瑚礁上的幼鱼数量减少近90%。人们发现狮子鱼的胃里有50多种幼鱼。gydF4y2Ba

捕捞这种鱼可能会给该地区带来经济上的好处，因为它们每磅可以卖到20美元，这不仅是渔民的食物来源，也是一种可靠的收入来源。gydF4y2Ba

有一些商业机器人可以用来捕捞狮子鱼，但它们必须由一名操作员通过绳索连接到机器人上，这可能会破坏脆弱的珊瑚礁。WPI机器人将不受束缚，在没有人类指挥的情况下自行捕鱼。一旦它识别出狮子鱼，它就会改变路线拦截它并刺穿它。有浮力的矛尖会分离，把鱼浮到水面上来收集。渔民可以使用多个机器人来最大化他的渔获量。gydF4y2Ba

帕特南说:“我们的目标是把机器人扔到船舷上，让它游到礁石上，划出一条路线，开始搜索。”“它需要建立一个搜索模式，沿着珊瑚礁飞行，而不是撞到它，同时寻找狮子鱼。”我们的想法是，机器人可以成为环境解决方案的一部分。”gydF4y2Ba

去年，MQP团队成员使用机器学习、先进的计算机视觉库、神经网络软件和计算机视觉模型来开发机器人的计算机视觉系统，这是将狮子鱼与该地区其他鱼类和水生物种区分开来的关键。他们向系统展示了数千张不同颜色的狮子鱼的图像，这些图像是从不同的角度和不同的光照条件下拍摄的，以训练它以超过95%的准确率识别狮子鱼。“学生们还向系统展示了它绝对不能瞄准的东西的照片——也就是潜水员!”普特南说。gydF4y2Ba

该团队还开发了鱼叉和浮力补偿系统。这个机器人有一个旋转的旋转木马，与左轮手枪的圆筒有点像，上面有八个可拆卸的矛尖。一个与金属轴相连的机动装置将鱼叉尖插入鱼体内。随着轴的收缩，留下嵌入鱼的胸花矛尖，旋转木马转向移动下一个矛尖到位。当使用矛尖时，机器人失去浮力。为了弥补这一点，研究人员建造了一个水密的、充满空气的房间，每次刺入后，房间会略微扩大，以排出更多的水，平衡机器人的浮力。gydF4y2Ba

该团队还设计了一个水密室，以保护机器人的主板和电子设备免受盐水的侵害，盐水具有很强的腐蚀性。“从很多方面来说，这是这个项目最难的部分，”Godsey说，他负责系统的浮力和电子室，以及射击机构。“防水的东西并不意味着它能在盐水中起作用，盐水是一种腐蚀性极强的物质。”gydF4y2Ba

该机器人被设计用于连接商用的自主潜水机器人。gydF4y2Ba

在2018-19学年，第二个MQP团队将专注于机器人的全球导航系统，这将使它能够在寻找狮子鱼时自主建立和导航三维搜索网格。gydF4y2Ba

斯塔福德说:“这是一个现实世界的问题，学生们对它进行了攻击。”“WPI的责任是培养学生承担全球问题的信心和能力。我们正在为他们提供解决这些问题的工具。”gydF4y2Ba

关于伍斯特理工学院gydF4y2Ba

WPI是基于项目的学习的全球领导者，是一所独特的顶级技术大学，成立于1865年，其原则是学生通过将课堂上学到的理论应用于解决现实世界问题的实践来最有效地学习。WPI获得了美国国家工程院2016年伯纳德·m·戈登工程与技术教育创新奖，其开创性的基于项目的课程让本科生在整个教育过程中解决重要的科学、技术和社会问题，并在全球超过45个项目中心开展。WPI提供50多个学士、硕士和博士学位课程，涵盖科学、工程、技术、商业、社会科学、人文和艺术等14个学术部门。它的教师和学生追求突破性的研究，以应对健康和生物技术方面的持续挑战;半岛app官网机器人与物联网;先进材料及制造;网络、数据和安全系统;学习科学;和更多。gydF4y2Bahttp://www.wpi.edugydF4y2Ba