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　　工學院謝廣明課題組研制出新型水下通信系統

　　近期，工學院謝廣明">謝廣明教授領導的課題組研制出一種新型的水下電場通信系統，為目前水下機器人通信提供了一種新思路，相關論文發表于仿生科學領域國際頂級期刊 Bioinspiration & Biomimetics。

　　由于水環境的特殊性，水下通信不像陸地上那樣方便自如，其一定程度上限制了水下機器人大規模應用。傳統水聲通信是使用最為廣泛的一種通信方法。但因其功耗高、體積大、速率慢，容易受到水體運動及周圍障礙物的影響，尤其是在有限或地形復雜的水域通信時，信道多徑效應明顯，通信質量較差，已經很難滿足日益增長的水下通信需求。

　　謝廣明">謝廣明教授領導的團隊是國內較早展開水下仿生機器人相關研究的人員，強調模仿學習自然界生物特征和功能，在若干方向取得了創新性結果。為解決水下機器人的穩定通信，為日后水下機器人群體的大規模應用，謝廣明">謝廣明團隊從自然界魚類的一種特殊行為中獲得靈感，開發出了通信穩定、功耗低且對水環境要求極低的水下電場通信系統，并在機器人上進行了系統深入的實驗驗證。

　　謝廣明">謝廣明教授及合作者經過研究發現，自然界有些魚類如南美電鰻亞目(Gymnotiformes) 魚和非洲管嘴魚科(Mormyridae) 魚，可以主動發射和感知電場實現水下通信。其工作原理為電魚通過自身特有的發電器官發射電場信號并且釋放到周圍水域，由于水是良導體，該電場信號會以類電偶極子場的方式進行傳播，附近的其他電魚可以感知第一條電魚發射的電場信號，并從中提取頻率、波形及信號時間間隔等有效信息，從而解讀出電場信號中蘊含的信息，實現個體間的水下通信。從電魚通信中得到啟發，研究團隊首先把電魚通信系統抽象建模為由一對發射電偶極子和一對接收電偶極子組成的簡化系統，接著對該電場系統進行數值仿真，初步掌握了其傳播及分布特性，最后設計開發出了一套新型的仿生電場通信系統。研究團隊對該仿生電場系統進行了深入系統地實驗研究，分別對比了電場通信在靜水、水流流動、有障礙物環境和自然水域中的通信性能，結果表明水中電場通信比水聲通信更為穩定，水體運動、障礙物及水質等復雜環境對電場通信影響都很小。目前發射功率僅為0.25W時即可實現水下3~5米的近距離電場通信，增加發射功率和電極間距可進一步提高通信距離，未來具有較大應用前景。該成果以長文 (Regular Paper) 的形式發表于Bioinspiration & Biomimetics (W. Wang, J. Liu, G. Xie, L. Wen, and J. Zhang, “A Bio-inspired Electrocommunication System for Small Underwater Robots”, Bioinspiration & Biomimetics, 12, 036002, 2017.)。

　　論文的通訊作者為謝廣明">謝廣明教授，第一作者為謝廣明">謝廣明課題組的博士王偉(目前在美國麻省理工學院機器人研究所做博士后研究)。該工作得到了國家自然科學基金等項目的資助。項目合作者還包括德國漢堡大學的Jianwei Zhang教授，英國帝國理工大學的Jindong Liu教授以及北京航空航天大學的文力教授。

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