位于浙江的之江實驗室4日發(fā)布消息，國際頂級期刊《自然》封面發(fā)表之江實驗室與浙江大學合作的仿生深海軟體機器人最新研究：馬里亞納海溝的自驅(qū)動軟體機器人。該研究團隊率先實現(xiàn)軟體機器人的萬米深海操控以及深海自主游動實驗。
之江實驗室智能機器人研究中心的高級研究專員李國瑞為該論文第一作者，之江實驗室智能機器人研究中心工程專員梁藝鳴為第二作者，浙江大學李鐵風為通訊作者，之江實驗室主任朱世強、顧建軍等為共同作者。
馬里亞納海溝的自驅(qū)動軟體機器人。之江實驗室供圖
研發(fā)適應萬米靜水壓的軟體機器人
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”。隨著深潛技術的不斷發(fā)展，科研發(fā)現(xiàn)在其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。
生物學研究發(fā)現(xiàn)，獅子魚的骨骼細碎狀分布在凝膠狀柔軟的身體中，能承受近百兆帕的壓力。“獅子魚的奇特構造帶給我們很大啟發(fā)。如果能將深海的‘生命奧秘’化作‘機器之力’，就可以研發(fā)出自適應深海極端環(huán)境的仿生、軟體、小型化智能深海機器人，既可助力深海探索，又能發(fā)展新型機器人與智能裝備。”李國瑞說。
該項目于2018年5月啟動，研發(fā)的仿生深海軟體機器人形似一條魚，長22cm，翼展寬度28cm，大約為一張A4紙的長寬。控制電路、電池等硬質(zhì)器件被融入集成在凝膠狀的軟體機身中；通過設計調(diào)節(jié)器件和軟體的材料與結構，實現(xiàn)了機器人無需耐壓外殼，便能承受萬米級別的深海靜水壓力。
“相比于傳統(tǒng)的‘鎧甲式’抗高壓深潛裝備，我們以全新技術路線研制仿生深海軟體機器人，爭取大幅降低深海探測的難度和成本。”李國瑞說。
創(chuàng)新“智能人工肌肉驅(qū)動”
深海機器人如何實現(xiàn)推進？據(jù)悉，機器人依靠的是自身攜帶的小型化能源控制系統(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，“仿生機器魚”的雙翼就會隨著肌肉的伸縮進行撲翼運動，驅(qū)動機器人前進。
要實現(xiàn)介電彈性體在深海中的驅(qū)動，需克服在高壓和低溫條件下高分子材料的電驅(qū)動性能衰減問題。項目組與浙江大學化學工程與生物工程學院教授羅英武團隊合作，研制了一種能適應深海低溫、高壓等極端環(huán)境的電驅(qū)動人工肌肉，即便是在馬里亞納海溝的低溫(0—4℃)、高壓環(huán)境(110MPa)下依舊能正常工作。
“我們的另一個研究突破在于，設計了一種能在高壓低溫環(huán)境下依然能保持良好電驅(qū)動性能的電驅(qū)動智能軟材料。”李鐵風說，適應深海靜水壓力的軟—硬融合機器系統(tǒng)，以及適用于深海高壓低溫環(huán)境的新型介電高彈體驅(qū)動器，兩項技術突破造就了這臺全新的仿生深海軟體機器人。
馬里亞納海溝的自驅(qū)動軟體機器人研發(fā)團隊。之江實驗室供圖
軟體機器人應用前景廣闊
為了進一步證實機器人在深海實地環(huán)境下的可靠性，在上海海洋大學、中科院深海所、大連海事大學、廣東海洋地質(zhì)調(diào)查局等單位的支持下，項目組研發(fā)的仿生機器人先后在馬里亞納海溝、中國南海等海域開展深海海試。
2019年12月，仿生深海軟體機器人在馬里亞納海溝坐底，海試影像記錄顯示，在10900米海深處，該機器人實現(xiàn)了穩(wěn)定撲翼驅(qū)動。2020年8月，該軟體機器人在南海3224米海深處成功實現(xiàn)自主游動。
“機器人在深海、極地、高沖擊性等惡劣及特種環(huán)境下，都具有良好的發(fā)展應用前景。”李國瑞表示，未來，項目組將繼續(xù)研究深海軟體智能設備的能源、驅(qū)動、感知一體化系統(tǒng)，提升仿生深海軟體機器人的智能性，同時降低應用成本。
梁藝鳴介紹，“我們還計劃將仿生軟體機器人的關鍵技術運用到深潛器上，研制小型化的深海裝備，實現(xiàn)深海通訊、深海檢測等功能。”
