概要

随着经济社会的发展，人类活动对资源的需求不断增加。从人类活动开始到现在，其资源开发主要集中在陆地范围。而海洋面积接近陆地面积的2.5倍，广袤的海洋中储存着丰富的矿产资源、空间资源和物质资源等，可以看出海洋资源的丰富性及开发的必要性。伴随着陆地资源不断减少，人类所需资源的扩增，科技的不断进步，陆地上水资源严重缺乏，先污染后治理的工业发展模式也带来了更多的浪费和污染，使得脆弱的水生态环境面临更严峻的考验，所以要有效地管理水资源，可以对水质进行分析，检测水质环境，了解水质整体状况以及变化趋势。同时海洋资源的应用前景和巨大的潜在价值，也吸引人们更多的注意力。

在科技飞速发展的21世纪，为了开发和利用海洋资源，水下探测仪器不断迭代更新，水下机器人也应运而生。具有海底勘察、海底打捞、海洋搜救以及水下侦查和水下跟踪功能的水下机器人，是目前海洋搜查、海洋开发和海洋防卫的重要工具。水下机器人可以在危险恶劣的水下环境中完成人类无法进行的工作，进行极限作业。但随着海洋研究和开发的不断深入，水下机器人面临更高智能水平的要求。在水下生态系统中，许多水下生物经过亿万年的进化，在水中高效灵活的游动能力，被研究人员学习利用，开阔了仿生学的思路，将仿生学运用到水下机器人中。

鱼类作为海洋生态系统中的主要物种，具有游动效率高、灵活性好、噪声小等非凡的水下运动能力，这是长期进化和自然选择的结果。鱼类进化出了能实现良好运动性能的柔性身体和运动脊骨，以及辅助运动的尾鳍、胸鳍、背鳍，已经成为水下生物中运动能力最佳的物种之一。因此，在水下机器人上结合鱼类的水下运动能力引起了研究者的注意，推动了水下机器人的进一步发展。仿生机器鱼作为水下机器人中灵活性高、机动性强的一类，完全避免了大部分水下机器人由于体积庞大，不便于在水下狭小区域工作的缺陷。

关于水下仿生机器鱼的研究学科，主要包括仿生学、流体力学、机械学、电子信息学、材料学等，作为一个综合系统，各种学科相互交叉融合，共同推进了仿生机器鱼理论的探索及其样机的研制。其中，仿生学的研究是指导这些学科的宗旨，其他所有的学科为其服务，以研制出性能更好的机器鱼，从而推进水下机器人的研究，更加推进海洋资源的开发。近年来，国内外针对仿生机器鱼的研究也层出不穷，各种不同的仿生机器鱼样机相继被开发出来。而要将鱼类游动的高效性运用到仿生机器鱼上，对其建模分析、硬件结构设计以及姿态控制算法等进行研究是必然的要求。