研究團(tuán)隊(duì)率先實(shí)現(xiàn)了軟體機(jī)器人的萬(wàn)米深海操控以及深海自主游動(dòng)實(shí)驗(yàn)

北京時(shí)間2021年3月4日，國(guó)際頂級(jí)期刊《自然》（Nature）以封面文章的形式刊發(fā)了由浙江大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所、國(guó)防科技大學(xué)、上海海洋大學(xué)、大連海事大學(xué)等團(tuán)隊(duì)聯(lián)合完成的一項(xiàng)研究，題為“Self-powered soft robot in the Mariana Trench”。該研究團(tuán)隊(duì)率先實(shí)現(xiàn)了軟體機(jī)器人的萬(wàn)米深海操控以及深海自主游動(dòng)實(shí)驗(yàn)！

該研究率先提出了機(jī)電系統(tǒng)軟硬共融的壓力適應(yīng)原理，成功研制了無(wú)需耐壓外殼的仿生軟體智能機(jī)器人，首次實(shí)現(xiàn)了在萬(wàn)米深海自帶能源軟體人工肌肉驅(qū)控和軟體機(jī)器人深海自主游動(dòng)。

海洋占地球表面的70%以上，但目前人類的探索仍局限在較淺的海洋深度，由于深海環(huán)境壓強(qiáng)極高，在那里工作的機(jī)械系統(tǒng)一般需要?jiǎng)傂缘纳眢w和壓力補(bǔ)償系統(tǒng)，因此深海仍是未知區(qū)域。

由于極端的靜水壓力，深海區(qū)域人們基本很難探測(cè)。位于西太平洋的馬里亞納海溝是已知的海洋最深處，水壓高、溫度低、完全黑暗，被稱為“地球第四極”。隨著深潛技術(shù)的不斷發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)茫茫深海并非一片死寂，在馬里亞納海溝6000—11000米之間的極高壓深水區(qū)，仍有數(shù)百種物種生存，獅子魚(yú)就是其中的典型代表。

生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，獅子魚(yú)的骨骼細(xì)碎地分布在凝膠狀柔軟的身體中，能承受近百兆帕的壓力，相當(dāng)1000個(gè)大氣壓強(qiáng)。研究團(tuán)隊(duì)從獅子魚(yú)身體構(gòu)造中獲得靈感，設(shè)計(jì)了一款能進(jìn)行深?？碧降淖怨┠芊律涹w智能機(jī)器魚(yú)。這條魚(yú)的身體特征包括分散式骨骼和擺動(dòng)的胸鰭，這些特征指導(dǎo)了我們深海軟體機(jī)器人的動(dòng)力、控制和DE（介電彈性體）執(zhí)行器的機(jī)械設(shè)計(jì)。

該仿生軟體智能機(jī)器魚(yú)有22厘米長(zhǎng)（身長(zhǎng)11.5厘米、尾長(zhǎng)10.5厘米），翼展寬28厘米。該機(jī)器魚(yú)被設(shè)計(jì)成一個(gè)魚(yú)形的身體形狀和兩個(gè)拍動(dòng)的側(cè)鰭，擁有機(jī)載電源、操控力以及水下自推進(jìn)的能力。機(jī)器魚(yú)兩翼與身體上的“肌肉”相連，它們由一種凝膠狀軟材料制成，可以將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功，當(dāng)機(jī)器魚(yú)電池的電流作用于肌肉時(shí)，肌肉就會(huì)舒張與收縮形變，由此帶動(dòng)兩翼拍動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器魚(yú)。

2019年12月，仿生軟體機(jī)器魚(yú)在馬里亞納海溝10900米海深處，海試影像記錄顯示，該機(jī)器魚(yú)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定撲翼驅(qū)動(dòng)。在2020年8月27日深夜，該軟體機(jī)器魚(yú)在南海3224m海深處成功實(shí)現(xiàn)了自主游動(dòng)。

在10900米的海底，靜水壓高約110兆帕，1100個(gè)大氣壓，相當(dāng)于一噸重的小汽車全壓在指尖上。在測(cè)試中，研究團(tuán)隊(duì)沒(méi)有將仿生軟體機(jī)器魚(yú)從著陸器上釋放，在沒(méi)有壓力容器的情況下，該機(jī)器魚(yú)在2500毫安鋰電池的驅(qū)動(dòng)下，保持拍打45分鐘。

仿生軟體機(jī)器魚(yú)是如何實(shí)現(xiàn)推進(jìn)的呢？機(jī)器魚(yú)依靠自身攜帶的小型能源控制系統(tǒng)及兩翼中間橢圓形部位的介電彈性體人工肌肉。當(dāng)硅膠體中的電子器件產(chǎn)生電信號(hào)時(shí)，介電彈性體會(huì)在該電壓信號(hào)的刺激下產(chǎn)生像肌肉一樣的變形模式，雙翼會(huì)隨著肌肉的伸縮進(jìn)行撲翼運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器魚(yú)前進(jìn)。

未來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)將專注于開(kāi)發(fā)軟體輕質(zhì)的材料和結(jié)構(gòu)，讓用于極端條件下的裝置，具有更好的智能性、通用性、操縱性和效率。還包括仿生軟體機(jī)器魚(yú)的速度、承受較大擾動(dòng)的能力，以及移動(dòng)能力，這些都需要進(jìn)一步優(yōu)化以適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用。
編輯：lyn