北京時間2021年3月4日，國際頂級期刊《自然》（Nature）以封面文章的形式刊發(fā)了由浙江大學(xué)、中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所、國防科技大學(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)器人的萬米深海操控以及深海自主游動實(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。

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)一般需要剛性的身體和壓力補(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。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，獅子魚就是其中的典型代表。

生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，獅子魚的骨骼細(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個大氣壓強(qiáng)。研究團(tuán)隊(duì)從獅子魚身體構(gòu)造中獲得靈感，設(shè)計(jì)了一款能進(jìn)行深海勘探的自供能仿生軟體智能機(jī)器魚。這條魚的身體特征包括分散式骨骼和擺動的胸鰭，這些特征指導(dǎo)了我們深海軟體機(jī)器人的動力、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)器魚有22厘米長（身長11.5厘米、尾長10.5厘米），翼展寬28厘米。該機(jī)器魚被設(shè)計(jì)成一個魚形的身體形狀和兩個拍動的側(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)器魚電池的電流作用于肌肉時，肌肉就會舒張與收縮形變，由此帶動兩翼拍動驅(qū)動機(jī)器魚。

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

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

仿生軟體機(jī)器魚是如何實(shí)現(xiàn)推進(jìn)的呢？機(jī)器魚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)生電信號時，介電彈性體會在該電壓信號的刺激下產(chǎn)生像肌肉一樣的變形模式，雙翼會隨著肌肉的伸縮進(jìn)行撲翼運(yùn)動，驅(qū)動機(jī)器魚前進(jìn)。

未來，研究團(tuán)隊(duì)將專注于開發(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)器魚的速度、承受較大擾動的能力，以及移動能力，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