之江实验室最新科研成果登上国际顶级期刊《自然》杂志封面

杭州日报讯 长22厘米，翼展28厘米，有两个侧鳍，像鱼不是鱼，但能在10900米的深海里“游动”，这是之江实验室与浙江大学合作研发的仿生深海软体机器人。

3月4日，记者从之江实验室获悉，国际顶级期刊《自然》杂志封面报道了这一最新研究成功。马里亚纳海沟的自驱动软体机器人率先实现软体机器人的万米深海操控以及深海自主游动实验。

据悉，该研究成果应用前景广阔，既可助力深海探索，又能发展新型机器人与智能装备，可为深海探索科考、环境监测与资源勘探提供解决方案。

受狮子鱼结构启发

研发深海“软体机器人”

位于西太平洋的马里亚纳海沟是已知的海洋最深处，水压高、温度低，被称为“地球第四极”。人们发现，在马里亚纳海沟6000米—11000米之间的极高压深水区，仍有数百种物种生存，狮子鱼就是其中之一。

生物学研究发现，狮子鱼的骨骼细碎状分布在凝胶状柔软身体中，能承受近百兆帕的压力，相当1000个大气压，这相当于1吨重的小汽车全压在指尖上。

“狮子鱼的奇特构造，给我们带来了很大启发。如果能将深海的‘生命奥秘’化作‘机器之力’，是不是就可以研发出自适应深海极端环境的仿生、软体、小型化智能深海机器人？”想到这里，李国瑞博士就有些兴奋。

李国瑞是之江实验室智能机器人研究中心的高级研究专员。跟随这个研究方向，2018年5月，之江实验室智能机器人研究中心与浙江大学交叉力学中心李铁风教授团队启动了以狮子鱼为原型的仿生深海软体机器人研究。

基于狮子鱼头部骨骼在软组织中的分散融合这一特点，项目组对电子器件和软基体的结构、材料进行力学设计，优化了在高压环境下机器人体内的应力状态。同时，讲控制电路、电池等硬件融入到凝胶状的软体机身中；通过设计调节器件和软体的材料与结构，让机器人无需耐压外壳便能承受万米级深海静水压力。

“相比于传统的‘铠甲式’抗高压深潜装备，我们以全新技术路线研制仿生深海软体机器人，争取大幅降低深海探测的难度和成本。”李国瑞说。

创新“智能人工肌肉”驱动

让机器人深海遨游

2019年12月，仿生深海软体机器人在马里亚纳海沟坐底，海试影像记录显示，在马里亚纳海沟10900米海深处，该机器人实现了稳定扑翼驱动。

经过多次改进、优化，2020年8月27日深夜，该软体机器人在南海3224米海深处成功实现了自主游动。“凌晨三点，我们在主控室里一分一秒地注视着，等待机器人在海底启动。当看到机器人成功完成预定游动时，悬着的心终于放了下来。”李国瑞说。

深海机器人是如何实现推进的呢？据介绍，机器人靠的是自身携带的小型化能源控制系统及两翼间椭圆形部位的介电弹性体人工肌肉。当硅胶体中的电子器件产生电信号时，介电弹性体会在该电压信号的刺激下产生像肌肉一样的活动，机器人的双翼就会随着肌肉的伸缩进行扑翼运动，驱动机器人前进。

实际上，要实现介电弹性体在深海中的驱动，还需克服在高压和低温条件下高分子材料的电驱动性能衰减问题。项目团队与浙江大学化学工程与生物工程学院罗英武教授团队合作，研制了一种能适应深海低温、高压等极端环境的“电驱动人工肌肉”。

“我们的另一个研究突破就在于设计了一种能在高压低温环境下依然能保持良好电驱动性能的电驱动智能软材料。”李铁风说，“适应深海静水压力的软-硬融合机器系统，适用于深海高压低温环境的新型介电高弹体驱动器，这两项技术突破造就了这台全新的仿生深海软体机器人。”