中國(guó)“魚”現(xiàn)身“地球第四極”

仿生獅子魚深海軟體機(jī)器人

半月談?dòng)浾?nbsp;王思遠(yuǎn) 朱涵

位于西太平洋的馬里亞納海溝，被稱作“地球第四極”。這里最深處達(dá)10911米，靜水壓極高，是人類難以涉足之地。沒(méi)想到，一群中國(guó)學(xué)者研發(fā)的軟體機(jī)器魚，僅有一張A4紙大小，無(wú)需任何耐壓殼，便可同此處的生物“競(jìng)自由”。它的潛行有怎樣的故事？

萬(wàn)米海溝游來(lái)中國(guó)“魚”

馬里亞納海溝深海里，獅子魚可以愜意地游來(lái)游去。它們何以能在這等極高壓深水區(qū)生存？這個(gè)問(wèn)題引起了浙江大學(xué)航空航天學(xué)院交叉力學(xué)中心教授李鐵風(fēng)的注意。

研究發(fā)現(xiàn)，獅子魚的骨骼細(xì)碎地分布在凝膠一般柔軟的身體中，能承受近百兆帕的壓力?！跋颡{子魚學(xué)習(xí)，或許能研制一種無(wú)需耐壓殼保護(hù)就可承受深海靜水壓力的仿生軟體機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)深海探測(cè)裝備的小型化與智能化?！崩铊F風(fēng)和學(xué)生就此展開(kāi)了討論。

2018年5月，李鐵風(fēng)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合之江實(shí)驗(yàn)室智能機(jī)器人研究中心正式啟動(dòng)相關(guān)研究。他們深入分析獅子魚骨骼分布的特點(diǎn)，優(yōu)化了高壓環(huán)境下機(jī)器人體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)。

最終，項(xiàng)目組研發(fā)出的仿生深海軟體機(jī)器人果然形似一條魚，長(zhǎng)22厘米，翼展寬度28厘米。該機(jī)器人由一種在高壓低溫環(huán)境下依然能保持良好電驅(qū)動(dòng)性能的智能軟材料制成，控制電路、電池等硬質(zhì)器件融于凝膠狀的軟體機(jī)身，無(wú)須耐壓外殼，便能承受萬(wàn)米級(jí)別的深海靜水壓力。

2019年12月，帶著團(tuán)隊(duì)的期望，機(jī)器人在馬里亞納海溝坐底，在海溝10900米深處實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定撲翼驅(qū)動(dòng)。2020年8月，該軟體機(jī)器人又在南海3224米深處成功實(shí)現(xiàn)自主游動(dòng)。

“凌晨3點(diǎn)，我們?cè)谥骺厥依镆环忠幻氲刈⒁曋?，看到機(jī)器人成功完成預(yù)定游動(dòng)時(shí)，懸著的心終于放了下來(lái)。”論文第一作者、之江實(shí)驗(yàn)室高級(jí)研究專員李國(guó)瑞回憶。

身子軟，本領(lǐng)可硬了

研究團(tuán)隊(duì)曾為機(jī)器人拍下一段視頻，畫面中的“軟體魚”在南海深海擺動(dòng)“魚鰭”的時(shí)候，與一只深海蝦不期而遇。深海蝦從機(jī)器魚邊上緩慢而平靜地游過(guò)，似乎沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這條魚的“特殊身份”。

“相比于傳統(tǒng)的‘鎧甲式’抗高壓深潛裝備，仿生深海軟體機(jī)器人重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能大幅降低深海探測(cè)的難度和成本。另外，它無(wú)須電機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，沒(méi)有噪聲，環(huán)境親和度高……”李鐵風(fēng)介紹。

李鐵風(fēng)認(rèn)為，軟體機(jī)器人的吸引力在于其靈活性和通用性，它們身子軟，本領(lǐng)卻硬。受自然生物啟發(fā)設(shè)計(jì)出的仿生人工肌肉可以成為輕便易用的運(yùn)動(dòng)輔助或醫(yī)療康復(fù)工具。另外，軟體機(jī)器人能適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境，非常適用于深海、極地、高沖擊性等惡劣及特種環(huán)境的監(jiān)測(cè)和探索工作。

他承認(rèn)，擺在項(xiàng)目組面前的，還有系統(tǒng)可靠度、材料耐久性等不輕松的挑戰(zhàn)。未來(lái)，項(xiàng)目組將繼續(xù)研究深海軟體智能設(shè)備的能源、驅(qū)動(dòng)、感知一體化系統(tǒng)，在進(jìn)一步提升其智能無(wú)人化水平的同時(shí)，降低應(yīng)用成本。研究團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃將仿生軟體機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)運(yùn)用到深潛器上，研制小型化的深海裝備，實(shí)現(xiàn)深海通訊、深海檢測(cè)等功能。

向下一片“無(wú)人區(qū)”潛行

深海軟機(jī)器是一個(gè)嶄新的研究方向，鮮有先例可循，李國(guó)瑞認(rèn)為，“有創(chuàng)新的科研才有靈魂”?！懊^過(guò)河”式的研究，他樂(lè)在其中。

“做科研就像深海潛水一下，要在好奇心的指引下，習(xí)慣壓力與起伏，不斷向新的科研目標(biāo)發(fā)起挑戰(zhàn)。”李國(guó)瑞說(shuō)。

一次海試歸來(lái)，他在軟體機(jī)器魚中注入了一管馬里亞納海溝的海水，希望借此提醒自己，未來(lái)的科研之路能繼續(xù)“一路潛行”，突破不可知的重重深淵，為中國(guó)創(chuàng)新挺進(jìn)“無(wú)人區(qū)”貢獻(xiàn)力量。