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。
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