Nature封面：浙大软体机器人成功挑战马里亚纳海沟，水下10900米运动自如( 二 )
研究人员通过测试发现，如果电子元件密集地封装在一块印刷电路板（PCB）上，压力测试表明在它们的接口处容易发生故障，因此需要一种方法来保护机器人的电子元件免受高压影响，启发则是来自钝口拟狮子鱼分布的头骨。
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图｜集中和分散电子设备的压力试验（来源：Nature）
为了提高压力恢复力，他们采用了分散式设计来降低剪切应力。在这种设计中，元件与几块较小的 PCB 进行线连接或分离，这里的 “分离” 是指去除电子元件之间的直接刚性接触。
实验室试验和模拟表明，这种布置降低了受压部件之间接口处的应力，然后将分布式电子器件嵌入硅树脂中，以便并入机器人，该方法比其他保护深海设备电子设备的方法更实用，也更便宜。
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图｜聚合物封装电子器件的耐压性能（来源：Nature）
对于相同的外加压力（110MPa），分散电子设备界面处的平均剪应力低于集中电子设备（约 60MPa），研究人员进行了一系列的压力室实验（110MPa），以确认这种分散电子具有更高的压力弹性。此外，由于从 PCB 上拆下所有组件在技术上是困难的，因为它们的数量很大，为了减少这些元件之间的应力，研究人员在设计时还增加了相邻电子元件之间的距离，当相邻部件之间的距离从 0.4 mm 增加到 2.4mm 时，测试分析显示，最大剪应力能减少 17%。
设计好了电子部分，另一方面就是机械驱动部分，这里的一个关键应用是介电弹性体（DE），一种加上电压即可出现形变的电激活聚合物，这种材料能将电能转化为机械功 —— 当机器人电池的电流作用于肌肉时，肌肉就会收缩，微小的固体结构通过机械方式将收缩肌与鳍相连，使其拍打运动。
最终，他们把机器人设计成了鱼一样的身体形状，有两个拍打的侧鳍。该机器人长 22 厘米（体长 11.5 厘米，尾长 10.5 厘米），翼展有 28 厘米，电力和控制电子设备包括锂离子电池、高压放大器、红外接收器、放电电阻器和 MCU。
它同时具有以下特点：（1）位于支撑架和拍打鳍接合处的 DE “肌肉”；（2）由较硬的前缘和弹性框架支撑的薄硅胶拍打鳍；（3）嵌入其软体内的分散电子。弹性框架粘在预拉伸的 DE 肌肉上，以提供支撑，并将 DE 膜的平面内驱动转换为鳍拍打运动，当施加交流电压时，周期性变形的 DE 肌肉产生两个鳍的拍打运动以推进游动。
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图｜软机器人的设计与制造（来源：Nature）
此外，DE 材料也经过了精心设计，可在深海低温高压下保持其电压感应驱动。研究人员在高压下测量了由典型 DE 材料（VHB）制成的圆形致动器的电压感应区域应变，结果发现，当实验条件从（0MPa，25°C）变为（110 MPa，5°C）时，电压引起的区域应变从 19.1% 下降到了 2.4%，不足以推动机器人。
因此，他们采用了一种新的三嵌段共聚物：SBAS。在相同的实验条件下，SBAS 的电压感应面积应变从 12.5% 下降到 7.0%，由于拍动双鳍的设计已得到优化，这种材料的表现对于软机器人深海自由游泳来说已经是足够高的应变。
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图｜VHB 和 SBAS 的驱动性能实验（来源：Nature）
研究人员在额外的动态力学分析（DMA）中表明，VHB 和 SBA 的不同性能源自其不同的玻璃化转变温度（Tg），分别为 0.3°C 和?17.2°C，这一结果突出了由于微相分离，较低的 Tg 对提高三嵌段共聚物 DE 的机电性能的影响。
开启深海探险新方式除了深海实地测试外，研究团队还进行了一系列的压力舱和深湖实验，进一步验证了该软体机器人的游泳性能。
他们在实验室中观察记录了该机器人在 110 MPa 的静水压力中，在不同电压（7 kV、8 kV、9 kV，2 Hz）下测试游泳性能。当驱动电压为 7 kV，频率为 1Hz 时，在 0MPa 和 110MPa 的压力下，机器人能以 3.29 cm 每秒和 2.76cm 每秒向前游动。此外，还在一个深湖中用遥控潜水器将其带到水深处，对软机器人的自由游动进行了现场测试，该机器人在 8 米深处能以 3.89cm 每秒的速度游泳，在 70 米深处能以 3.16cm 每秒的速度游泳，证实了它对野外探险的鲁棒性。
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图｜软体机器人在测试在 110 MPa 的静水压力中测试（来源：Nature）
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