当大大都人仍聚焦于让机械人肩负端茶倒水等家务时，，，，，，，来自瑞士联邦理工学院（洛桑，，，，，，，EPFL）、美国杜克大学与葡萄牙高等理工大学的团结团队，，，，，，，已率先运用机械人部分替换动物开展心理学实验，，，，，，，旨在深入探讨动物神经网络对种种智能行为的调控机制 。。。。。 。。。
他们的最新研究效果 —— 题为《机械鱼一连与间歇游泳的能效与神经控制（Energy Efficiency and Neural Control of Continuous versus Intermittent Swimming in a Fish-like Robot）》的论文，，，，，，，已揭晓于顶刊《科学?机械人（Science Robotics）》2026年1月号（图 1） 。。。。。 。。。
图1. 科学· 机械人（Science Robotics）网站截图
论文问题：Energy Efficiency and Neural Control of Continuous versus Intermittent Swimming in a Fish-like Robot.
值得注重的是，，，，，，，去年 10 月，，，，，，，该团队另一项通过机械鱼仿真研究斑马鱼视觉运动反应（optomotor response）的效果《人工具身神经网络展现脊椎动物视觉运动行为的神经架构（Artificial embodied circuits uncover neural architectures of vertebrate visuomotor behaviors）》，，，，，，，也揭晓于该期刊 。。。。。 。。。
斑马鱼，，，，，，，越来越受关注的实验室模式动物
与小白鼠类似，，，，，，，斑马鱼是近年来备受科学领域关注的模式生物（图 2B） 。。。。。 。。。其幼鱼（larval zebrafish）依附身体透明、滋生能力强等优势，，，，，，，成为视察神经元运动与行为实时关联的理想活体模子 。。。。。 。。。
论文第一作者Xiangxiao Liu（刘祥骁）在研究中指出：受手艺限制，，，，，，，目今及未来相当长一段时间内，，，，，，，科研职员仍无法在活体斑马鱼幼鱼运动状态下，，，，，，，对其神经回路举行精准的建设、刷新与视察；； ；； ；同时，，，，，，，动物实验中难以精准调控动物行为以契合实验需求 。。。。。 。。。
仿生气械人实验恰恰填补了这一空缺：研究者可通过编程构建斑马鱼神经网络模子，，，，，，，对模子举行刷新与比照剖析，，，，，，，从而在可控情形中精准验证神经环路与运动体现的因果关系 。。。。。 。。。
别的，，，，，，，在机械鱼（图 2A、图 2C）或机械鱼仿真（数字孪生）系统中开展实验，，，，，，，不但完全不受伦理约束，，，，，，，且本钱远低于古板动物实验 。。。。。 。。。这种 “活体实验难以实现，，，，，，，机械人实验高效可行且优势显著” 的特点，，，，，，，正推动神经科学从相关性视察向机制性剖析跨越 。。。。。 。。。
图2. A和C： 仿斑马鱼机械鱼ZBot（larval zebrafish inspired robot）照片；； ；； ；B:斑马鱼幼鱼（larval zebrafish）照片（Guillaume Valentin, EPFL提供） 。。。。。 。。。
“中枢模式爆发器（CPGs）+ 行动门（bout gate）”：
驱动仿斑马鱼间歇性游泳
运动能力是动物大都行为（如捕食、避险等）的基础，，，，，，，因此探讨动物行为的条件是剖析其运念头制 。。。。。 。。。EPFL 机械人团队与杜克大学生物团队携手相助，，，，，，，基于斑马鱼神经网络的相关研究效果，，，，，，，构建了一套以中枢模式爆发器（central pattern generators, CPGs）+ 行动门（bout gate）为焦点的斑马鱼幼鱼间歇性游泳模子 。。。。。 。。。
同时，，，，，，，EPFL 团队研发了模拟斑马鱼幼鱼形态的机械鱼 ZBot（larval zebrafish inspired robot） 。。。。。 。。。该模子驱动的 ZBot 不但能精准复现斑马鱼幼鱼的 “慢速直行 2（slow 2，，，，，，，视频1）” 与 “通例转向（routine turn）” 游泳行为（图 3），，，，，，，更令人惊喜的是，，，，，，，通过调理运动神经元（motor neuron）输出增益等参数，，，，，，，还可模拟出 J 型转向（J-turn）、靠近游泳（approach swim）等多种游泳步态 。。。。。 。。。
图3. 机械鱼ZBot复现斑马鱼幼鱼的游泳体现 。。。。。 。。。
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视频1. 机械鱼一连型游泳和间歇性游泳 。。。。。 。。。
流体粘度影响运动位移，，，，，，，
对转向功效险些无滋扰
水中生物体型差别极大，，，，，，，从体长可达 30 米的蓝鲸到仅 4 毫米的斑马鱼幼鱼，，，，，，，其游泳所处的流体力学情形截然差别 。。。。。 。。。体型较大的鱼类游泳时雷诺数较高，，，，，，，惯性力起主导作用；； ；； ；而斑马鱼幼鱼等小型水生生物处于低雷诺数区间，，，，，，，黏性力占主导 。。。。。 。。。
为厘清差别雷诺数下的运念头制差别，，，，，，，研究者使用 “雷诺数与特征长度成正比、与流体粘度（viscosity）成反比” 的物理原理，，，，，，，对 ZBot 在差别粘度流体情形中举行参数化测试，，，，，，，测试介质包括通俗水（粘度 = 1）、中粘度流体（粘度 = 213.9 cP）及高粘度流体（粘度 = 457.0 cP） 。。。。。 。。。
实验效果显示：随着流体粘度升高，，，，，，，ZBot 的推进效率显著下降，，，，，，，在高粘度流体中的位移仅为通俗水中的约三十分之一（视频2），，，，，，，但此时其运动轨迹与斑马鱼幼鱼在自然低雷诺数情形下的真实游动模式愈发贴近 。。。。。 。。。
令人意外的是，，，，，，，高粘度流体（低雷诺数）对转向功效险些无影响—— 例如，，，，，，，ZBot 在通俗水中完成一次转向行动（turning bout）的转向角度约为 60 度，，，，，，，在高粘度流体中仍可达约 45 度 。。。。。 。。。
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间歇性运动被普遍以为能提升动物运动的能量效率，，，，，，，古板看法以为其焦点缘故原由是鱼类滑行时身体坚持直线，，，，，，，可减小水的阻力 。。。。。 。。。而该研究团队提出了全新意料：间歇性游泳能使驱动器（或动物肌肉）始终处于更高效的事情区间，，，，，，，进而提升整体能效 。。。。。 。。。
为验证这一意料，，，，，，，研究职员首先比照了生物肌肉与实验所用伺服电机的“负载 - 效率” 特征，，，，，，，发明二者均泛起倒 U 型效率曲线—— 中等负载时效率抵达峰值，，，，，，，过载或轻载时效率则急剧下降；； ；； ；随后，，，，，，，通过丈量电机负载状态并展望效率，，，，，，，证实 ZBot 在间歇性游泳模式下，，，，，，，以相同速率运动时，，，，，，，电机效率及综合能效均高于一连游泳模式 。。。。。 。。。不过，，，，，，，受限于间歇性游泳的占空比（limited duty factor），，，，，，，其最大速率无法抵达一连游泳模式的水平 。。。。。 。。。这一征象在通俗水及两种高粘度流体中均普遍保存 。。。。。 。。。
该研究通过对机械鱼的系统性实验，，，，，，，巧妙借助“机械人实验” 相较于 “动物实验” 的奇异优势，，，，，，，展现了纯粹依赖动物实验难以探明的深层机制 。。。。。 。。。这不但深化了人类对生物运动行为及运念头理的认知，，，，，，，更为机械鱼控制战略提供了新要领：中低速巡航场景下，，，，，，，优先接纳间歇式驱动以最大化能效；； ；； ；高速无邪使命中，，，，，，，则切换至一连驱动模式以包管响应速率与位移能力 。。。。。 。。。
本篇论文的第一作者为Xian驰峰供应链治理有限公司gxiao Liu（刘祥骁），，，，，，，本科结业于东南大学自动化学院，，，，，，，硕士和博士结业于日本大阪大学，，，，，，，就读时代获日本学术振兴会（JSPS DC1）资助，，，，，，，后续于瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）开展博士后研究事情 。。。。。 。。。