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仿生狮子鱼深海软体机器人
半月谈采访人员 王思远 朱涵
位于西太平洋的马里亚纳海沟 ， 被称作“地球第四极” 。 这里最深处达10911米 ， 静水压极高 ， 是人类难以涉足之地 。 没想到 ， 一群中国学者研发的软体机器鱼 ， 仅有一张A4纸大小 ， 无需任何耐压壳 ， 便可同此处的生物“竞自由” 。 它的潜行有怎样的故事？
万米海沟游来中国“鱼”
马里亚纳海沟深海里 ， 狮子鱼可以惬意地游来游去 。 它们何以能在这等极高压深水区生存？这个问题引起了浙江大学航空航天学院交叉力学中心教授李铁风的注意 。
研究发现 ， 狮子鱼的骨骼细碎地分布在凝胶一般柔软的身体中 ， 能承受近百兆帕的压力 。 “向狮子鱼学习 ， 或许能研制一种无需耐压壳保护就可承受深海静水压力的仿生软体机器人 ， 实现深海探测装备的小型化与智能化 。 ”李铁风和学生就此展开了讨论 。
2018年5月 ， 李铁风团队联合之江实验室智能机器人研究中心正式启动相关研究 。 他们深入分析狮子鱼骨骼分布的特点 ， 优化了高压环境下机器人体内的应力状态 。
【软体|中国“鱼”现身“地球第四极”】最终 ， 项目组研发出的仿生深海软体机器人果然形似一条鱼 ， 长22厘米 ， 翼展宽度28厘米 。 该机器人由一种在高压低温环境下依然能保持良好电驱动性能的智能软材料制成 ， 控制电路、电池等硬质器件融于凝胶状的软体机身 ， 无须耐压外壳 ， 便能承受万米级别的深海静水压力 。
2019年12月 ， 带着团队的期望 ， 机器人在马里亚纳海沟坐底 ， 在海沟10900米深处实现了稳定扑翼驱动 。 2020年8月 ， 该软体机器人又在南海3224米深处成功实现自主游动 。
“凌晨3点 ， 我们在主控室里一分一秒地注视着 ， 看到机器人成功完成预定游动时 ， 悬着的心终于放了下来 。 ”论文第一作者、之江实验室高级研究专员李国瑞回忆 。
身子软 ， 本领可硬了
研究团队曾为机器人拍下一段视频 ， 画面中的“软体鱼”在南海深海摆动“鱼鳍”的时候 ， 与一只深海虾不期而遇 。 深海虾从机器鱼边上缓慢而平静地游过 ， 似乎没有发现这条鱼的“特殊身份” 。
“相比于传统的‘铠甲式’抗高压深潜装备 ， 仿生深海软体机器人重量轻、结构简单 ， 能大幅降低深海探测的难度和成本 。 另外 ， 它无须电机马达驱动 ， 没有噪声 ， 环境亲和度高……”李铁风介绍 。
李铁风认为 ， 软体机器人的吸引力在于其灵活性和通用性 ， 它们身子软 ， 本领却硬 。 受自然生物启发设计出的仿生人工肌肉可以成为轻便易用的运动辅助或医疗康复工具 。 另外 ， 软体机器人能适应各种复杂的环境 ， 非常适用于深海、极地、高冲击性等恶劣及特种环境的监测和探索工作 。
他承认 ， 摆在项目组面前的 ， 还有系统可靠度、材料耐久性等不轻松的挑战 。 未来 ， 项目组将继续研究深海软体智能设备的能源、驱动、感知一体化系统 ， 在进一步提升其智能无人化水平的同时 ， 降低应用成本 。 研究团队还计划将仿生软体机器人的关键技术运用到深潜器上 ， 研制小型化的深海装备 ， 实现深海通讯、深海检测等功能 。
向下一片“无人区”潜行
深海软机器是一个崭新的研究方向 ， 鲜有先例可循 ， 李国瑞认为 ， “有创新的科研才有灵魂” 。 “摸石头过河”式的研究 ， 他乐在其中 。
“做科研就像深海潜水一下 ， 要在好奇心的指引下 ， 习惯压力与起伏 ， 不断向新的科研目标发起挑战 。 ”李国瑞说 。
一次海试归来 ， 他在软体机器鱼中注入了一管马里亚纳海沟的海水 ， 希望借此提醒自己 ， 未来的科研之路能继续“一路潜行” ， 突破不可知的重重深渊 ， 为中国创新挺进“无人区”贡献力量 。
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