文章核心观点 - 北京大学谢广明教授团队提出了一种模块化自重构机器鱼群系统，该系统通过模仿鱼类多样运动方式，使单个机器鱼既能独立游动又能按需拼装成不同构型，从而突破传统水下机器人在复杂非结构化水域环境中的能力限制，显著提升了运动性能与任务执行能力 [1] 系统设计与原理 - 每个模块化机器鱼单体具备三个主动自由度，包括用于推进的尾鳍摆动副和用于姿态调整的侧向旋转副，使其既能独立游动，也能在拼装后快速调整相对朝向 [2] - 机器鱼之间通过电永磁铁结构实现纵向与侧向两种拼接形式，该结构不仅能实现稳定的物理连接，还能实现模块间的通信以传输控制指令 [2] 对接策略创新 - 针对水流干扰和单体运动能力有限的挑战，团队受鱼类编队游动启发，提出了一种基于编队的动态协作对接策略，使机器鱼群能选择合适的编队形式完成收敛、靠近并实现稳定可靠的对接 [4][6] 运动性能验证 - 实验表明，机器鱼群通过拼接成不同构型，在游动速度、稳定性、能量转换效率和机动性等关键指标上均获得显著提升 [7] - 在浅水环境中，机器鱼群还能实现爬行运动，完成传统水下机器人难以实现的多模态运动，从而显著提升对复杂地形的适应能力并大幅拓展活动范围 [7] 功能性任务验证 - 机器鱼群能够通过协作完成物体运输、开门操作、复杂地形下的爬行运动，并能重构为抓手构型，实现对大尺寸目标物体的稳定抓取，展示了强大的环境障碍物交互与任务执行能力 [9] - 团队在真实户外水域的野外实验中，初步验证了核心功能的可行性与鲁棒性 [9][10] 研究意义与未来应用 - 该研究突破了传统机器人“特定功能依赖专业性设计”的普遍假设，展示了一种通过模块化设计实现环境适应性与任务多样性的全新技术范式 [11] - 模块化机器鱼群未来有望应用于水面救援、复杂水域探索等关键场景，为应对未知非结构化水域环境中的随机突发任务挑战提供新的技术手段 [11]