仿生獅子魚深海軟體機器人

半月談記者 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。沒想到，一群中國學(xué)者研發(fā)的軟體機器魚，僅有一張A4紙大小，無需任何耐壓殼，便可同此處的生物“競自由”。它的潛行有怎樣的故事？

萬米海溝游來中國“魚”

馬里亞納海溝深海里，獅子魚可以愜意地游來游去。它們何以能在這等極高壓深水區(qū)生存？這個問題引起了浙江大學(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)，或許能研制一種無需耐壓殼保護就可承受深海靜水壓力的仿生軟體機器人，實現(xiàn)深海探測裝備的小型化與智能化?！崩铊F風(fēng)和學(xué)生就此展開了討論。

2018年5月，李鐵風(fēng)團隊聯(lián)合之江實驗室智能機器人研究中心正式啟動相關(guān)研究。他們深入分析獅子魚骨骼分布的特點，優(yōu)化了高壓環(huán)境下機器人體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)。

最終，項目組研發(fā)出的仿生深海軟體機器人果然形似一條魚，長22厘米，翼展寬度28厘米。該機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身，無須耐壓外殼，便能承受萬米級別的深海靜水壓力。

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

“凌晨3點，我們在主控室里一分一秒地注視著，看到機器人成功完成預(yù)定游動時，懸著的心終于放了下來?！闭撐牡谝蛔髡摺⒅瓕嶒炇腋呒壯芯繉T李國瑞回憶。

身子軟，本領(lǐng)可硬了

研究團隊曾為機器人拍下一段視頻，畫面中的“軟體魚”在南海深海擺動“魚鰭”的時候，與一只深海蝦不期而遇。深海蝦從機器魚邊上緩慢而平靜地游過，似乎沒有發(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，仿生深海軟體機器人重量輕、結(jié)構(gòu)簡單，能大幅降低深海探測的難度和成本。另外，它無須電機馬達(dá)驅(qū)動，沒有噪聲，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)計出的仿生人工肌肉可以成為輕便易用的運動輔助或醫(yī)療康復(fù)工具。另外，軟體機器人能適應(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)測和探索工作。

他承認(rèn)，擺在項目組面前的，還有系統(tǒng)可靠度、材料耐久性等不輕松的挑戰(zhàn)。未來，項目組將繼續(xù)研究深海軟體智能設(shè)備的能源、驅(qū)動、感知一體化系統(tǒng)，在進一步提升其智能無人化水平的同時，降低應(yīng)用成本。研究團隊還計劃將仿生軟體機器人的關(guān)鍵技術(shù)運用到深潛器上，研制小型化的深海裝備，實現(xiàn)深海通訊、深海檢測等功能。

向下一片“無人區(qū)”潛行

深海軟機器是一個嶄新的研究方向，鮮有先例可循，李國瑞認(rèn)為，“有創(chuàng)新的科研才有靈魂”?！懊^過河”式的研究，他樂在其中。

“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)?！崩顕鹫f。

一次海試歸來，他在軟體機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，為中國創(chuàng)新挺進“無人區(qū)”貢獻力量。