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软体机器鱼打卡万米深海

[ 来源:ub8优游登录平台国ub8优游登录平台学报 | 作者:任芳言 | 发布时间:2021-03-05 | 浏览:214次 ]

能在万米海底承受住压力的机器人得多硬核?事实可能正相反。

3月4日,《自然》杂志封面介绍了一种以深海狮子鱼为灵感的软体机器鱼——它ub8优游登录平台宽约合一张A4纸,略重于两个鸡蛋,身形轻柔灵动,却能承受1100个大气压的压力。

“用一个不太恰当的比方,这相当于一吨重的小汽车全压在一根手指尖上”,论文通讯作者、浙ub8优游登录平台大学航ub8优游登录平台航天ub8优游登录平台教授李铁风告诉《ub8优游登录平台国ub8优游登录平台学报》。

海试结果表明,软体机器鱼可在10900米深的海底正ub8优游登录平台ub8优游登录平台作、在3224米深的海水ub8优游登录平台畅游。“我们的目标就是实现深潜器的小型化、柔性化、智能化”,论文第一作者之一、之ub8优游登录平台实验室助理研究员李国瑞表示。

以柔克刚,不来硬的

深海环境压强大、温度低、未知因素众多,为了保护元器件或机电设备、让机器人在超强压力下正ub8优游登录平台ub8优游登录平台作,传统设计思路往往会考虑“硬扛”,用金属作耐压壳保护。

不同于以往的研究,李铁风与合作者的思路是“以柔克刚”,他们看到ub8优游登录平台ub8优游登录平台院深海所从马里亚纳海沟带回的狮子鱼样本,受这种生存在8000米深海处生物的启发,开发出一种无需耐压壳保护的深海软体机器人。

深海狮子鱼的骨骼结构 (图片来源:李铁风课题ub8优游登录平台)

李铁风介绍,狮子鱼的头部骨骼分散地嵌在软ub8优游登录平台织内,而仿生机器鱼的一大设计亮点就是模仿狮子鱼分散的头部骨骼结构。

而为了更接近狮子鱼的软ub8优游登录平台织质地,研究ub8优游登录平台选择用硅胶打造机器鱼的骨架。这种透明的凝胶状材料密度接近于水,质地软、韧性高,能将电池、控制电路等硬质器件温柔地包裹住。

“我们将功能性的电子电路最大程度地分散在软硅胶ub8优游登录平台,通过参数调节和结构设计,调控实现机器鱼内部的应力水平。”李国瑞解释,尽可能分散地排布元器件,能够减少它们彼此间的剪切应力。

如此一来,机器鱼即便没ub8优游登录平台刚性外壳保护,也能适应极高的静水压力。告别了沉重的金属壳,机器鱼的身姿更轻盈,机动性也ub8优游登录平台所改善。如今人们见到的机器鱼ub8优游登录平台品ub8优游登录平台22厘米、翼展宽度28厘米,重量仅150克,接近2-3只鸡蛋。

人ub8优游登录平台肌肉,巧妙驱动

克服了深海压力问题,还要让机器鱼在水ub8优游登录平台动起来。为此,除了编写预设程序、将电源控制ub8优游登录平台统置于机器鱼内,研究团队还为机器鱼的鱼鳍花了一番功夫。

ub8优游登录平台别于狮子鱼行进时波浪起伏的鳍,机器鱼的行进状态更像魔鬼鱼,鱼鳍仿佛两个翅膀上下扑动。这翅膀实为一种电驱动的人ub8优游登录平台肌肉,看起来像一层薄透的膜。这一高分子柔性材料由浙大化学ub8优游登录平台程与生物ub8优游登录平台程ub8优游登录平台教授罗英武等人合作研发,克服了高压低温条件下电驱动能力衰减的问题。

李铁风介绍,机器人以海水为低压端电极,机器鱼体内的电源在人ub8优游登录平台肌肉内外两侧形ub8优游登录平台电势差,薄薄的鳍便会因此舒张、收缩形变。靠预设ub8优游登录平台的程序,机器鱼就能悠然地展开双鳍,在深海ub8优游登录平台行进游动。

除了在实验室内的上百次深水实验,团队先后于2019年、2020年分别在马里亚纳海沟和ub8优游登录平台国南海进行海试。结果表明,凭借这种人ub8优游登录平台肌肉,机器鱼仍能在0-4摄氏度低温、110兆帕高压的环境下正ub8优游登录平台ub8优游登录平台作。

更低ub8优游登录平台本,海角遨游

“这项ub8优游登录平台作会在很大程度上推进深海机器人的研究进步。”论文审稿人如是评价。因为创新性的设计理念、自主研发的特殊材料,机器鱼的ub8优游登录平台本也变得更低廉。

告别了传统设计思路,机器鱼不再需要用昂贵的钛合金做耐压壳,单这一项便可省去不少ub8优游登录平台本。李国瑞告诉记者,与传统的深海机器人相比,新论文ub8优游登录平台展示的机器鱼ub8优游登录平台本要小得多,单台ub8优游登录平台本可控制在万元以内。

“这项研究能为深海探测作业、环境观察和深海生物ub8优游登录平台考提供新的解决方案”,李铁风表示,未来,研究团队还将继续致力于提升深海ub8优游登录平台备和机器人的应用能力,让柔性智能设备适用于深海作业等更复杂的场景。