【奥迪a4l尾鳍怎么拆】“海底一万米！”浙江大学仿生软件智能机器人鱼成功地“猛击”了马里亚纳海沟后背《自然》封面

马里亚纳海沟，地球最深处。要踏上这个无人的境地，如果人造机器没有内压的“盔甲”，就会被强大的水压破坏。但是生活在深海的生物有着奇特的结构，在这里安然无恙。受到深海生物的启发，将“生命的秘密”变成“机器的力量”，开发出能够适应复杂环境的智能机器，不仅可以帮助深海探索，还可以开发出新的机器人和智能设备。

马里亚纳海沟的自动软机器人

浙江大学航空航天学院交叉力学中心李铁风教授组联合的江实验室与合作机构进行跨学科交叉研究，率先提出了机械系统软-硬融合的压力适应原理，并成功开发出了不需要耐压外壳的仿生软件智能机器人。首次在10000米深海实现了自身能量软件人工肌肉控制和软机器人深海自主游泳。这种环境适应性仿生软件机器人和智能系统为深海探测科学试验、环境监测和资源勘探提供了解决方案，为复杂环境和任务下的机器人和智能系统设计提供了新思路。

受深海成语的启发，适应110兆帕的静水压力

生物学研究表明，马里亚纳海沟6000米到11000米之间的深度地区仍然生活着数百种物种，狮子鱼就是其中之一。一万米海底的压力有多大？

“在10900米海底，静水压力约为110兆帕，接近1100个气压。这是一个不恰当的比喻，相当于一吨重的汽车完全压在指尖上。”志强实验室研究员李国瑞介绍说，过去需要高强度金属外壳(如钛合金)或压力补偿系统，才能克服深海极端的静水压。

仿生狮子鱼深海软件机器人

浙江大学李铁风团队开发的仿生软件机器鱼由连体功肌肉驱动一对翅膀形状的灵活胸鳍，通过节奏性翅膀游泳。控制电路、电池等硬部件集成在凝胶型软件机身中。通过设计调节装置和软件的材料和结构，机器人可以承受万米水平的深海静水压，而无需内压外壳。

现场看到的这条仿生软件智能机器人鱼与深海狮子鱼，长22厘米，翼展28厘米，一张A4纸的长宽差不多。科学研究组如何适应超强压力，保持结构功能完美？“与传统的‘硬扛’方法不同，球队采取了‘柔柔强强’战略。项目伙伴中科院深海研究所何顺平组在马里亚纳海沟捕获的深海狮子鱼样品也给机器人设计带来了仿生启发。”李国瑞介绍说，通过对深海狮子鱼的结构分析，发现深海狮子鱼的骨骼细分布在凝胶般柔软的身体上，有助于在高压环境下的生存和活动。

因此，团队启发我们机械地设计电子设备和软基座的结构和材料，以便在高压环境下优化机器人的应力状态，使整个系统适应高静水压力，而不需要外壳保护。“我们的研究目标是以新的技术路线实现深潜器的小型化、灵活性和智能化，从而大大降低深海勘探的难度和成本。”李铁风教授说。

突破极限，“柔软的肌肉-智能驱动”

如何让软件机器人智能移动，是浙江大学李铁风团队长期攻关的重要方向。记者在现场看到机器鱼通过放大的鳍像翅膀一样飘动。“要想在深海驱动，还必须克服高分子材料在高压和低温下电力驱动能力下降的问题。”李铁风教授介绍说，他与浙江大学化学工程系生物工程学院罗永武教授组一起开发了能适应深海低温、高压等极端环境的电驱动人工肌肉，在高压低温下也能保持良好的电驱动性能。在马里亚纳海沟的低温(0~4)、高压环境(110 MPa)下仍能正常工作。

驱动模拟

那么“翅膀”的倾销是如何实现的呢？研究人员巧妙地利用围绕人工肌肉外部的海水作为离子导电阴极，机器鱼自身能量在人工肌肉内外厚度方向产生了电势，形成了高分子薄膜。

生舒张与收缩形变，这样一来“翅膀”就能上下拍动，推动机器鱼水中前行。

“力学是一门古老而传统的学科，这个成果体现了交叉力学研究在多学科合作中的融合与桥梁作用，非常感谢不同学科背景和技术特长的成员们通力协作。”李铁风教授介绍，此项研究除了浙大航空航天学院及之江实验室的科研力量外，浙大的机械学院、能源学院、化工学院、海洋学院和中科院深海研究所等多个研究团队都参与了该项目研究。

探索无止境，鱼翔万米深渊

在研制过程中，团队通过大量的压力环境模拟实验来验证材料和结构的可行性，已经在实验环境下证明了机器人在深海、极地、高冲击性等恶劣及特种环境下，具有较好的发展应用前景。然而团队还是想以实地的海洋试验来验证整个系统和技术的高可靠性。

2019年12月，仿生软体机器鱼首次成功在马里亚纳海沟坐底，机器鱼随深海着陆器下潜到约10900米的海底后，在2500毫安时单节锂电池的驱动下，按照预定指令拍动翅膀，扑翼运动长达45分钟，成功实现了电驱动软体机器鱼的深海驱动。

马里亚纳海沟10900米深海驱动试验

2020年团队克服了新冠疫情和极端恶劣天气影响，进行了多次海试。在一次深海游动试验中，团队为避开超强台风在南海上漂了多天，参加此次海试的李国瑞和陈祥平说，夜里海况条件突然转好，他们就在凌晨的时间窗口时分开始了紧张实验。“凌晨三点钟，我们在主控室里，一分一秒地等待机器鱼在海底启动。当看到成功完成预定游动时，悬着的心终于放了下来，数年的艰难探索取得了里程碑式进展。”李国瑞说，海试让技术从实验室更快地走向实用。

南海3224米深海游动试验

论文审稿人认为，该工作会很大程度推进深海机器人的研究进展。李铁风介绍，这项研究为深海探测作业、环境的观察和深海生物的科考提供了新的解决方案，有望大幅提升深海智能装备和机器人的应用能力，让柔性智能设备从常规环境走向深海作业等多样任务与复杂场景，又迈出了坚实的一步。

据了解，这项研究成果于3月4日，作为封面文章刊发在国际顶级期刊《自然》。之江实验室研究人员李国瑞，浙江大学博士研究生陈祥平、周方浩为论文共同第一作者，通讯作者为浙江大学李铁风教授。该研究获国家自然科学基金共融机器人重大研究计划、国家重点研发计划支持。论文链接：

作者：刘海波 吴雅兰 柯溢能

图片：卢绍庆 部分图片由课题组提供

编辑：付鑫鑫