点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:软体机器鱼打卡万米深海
首页> 科普频道> 科普头条 > 正文

软体机器鱼打卡万米深海

来源:中国科学报2021-03-04 09:33

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  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——它长宽约合一张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、浙江大学航空航天学院教授李铁风告诉《中国科学报》。

  海试结果表明,软体机器鱼可在10900米深的海底正常工作、在3224米深的海水中畅游。“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、之江实验室助理研究员李国瑞表示。

  软体机器鱼身形与狮子鱼非常相似。(图片来源:《自然》)

  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常工作,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”,他们看到中科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:李铁风课题组)

  李铁风介绍,狮子鱼的头部骨骼分散地嵌在软组织内,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组织质地,研究组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中,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,机器鱼即便没有刚性外壳保护,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,机动性也有所改善。如今人们见到的机器鱼成品长22厘米、翼展宽度28厘米,重量仅150克,接近2-3只鸡蛋。

  人工肌肉,巧妙驱动

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

  有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工肌肉,看起来像一层薄透的膜。这一高分子柔性材料由浙大化学工程与生物工程学院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工肌肉内外两侧形成电势差,薄薄的鳍便会因此舒张、收缩形变。靠预设好的程序,机器鱼就能悠然地展开双鳍,在深海中行进游动。

  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中国南海进行海试。结果表明,凭借这种人工肌肉,机器鱼仍能在0-4摄氏度低温、110兆帕高压的环境下正常工作。

  马里亚纳海沟10900米深海海试(图片来源:《自然》)

  南海3224米深海海试(图片来源:《自然》)

  更低成本,海角遨游

  “这项工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,机器鱼的成本也变得更低廉。

  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成本。李国瑞告诉记者,与传统的深海机器人相比,新论文中展示的机器鱼成本要小得多,单台成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科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装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。(任芳言)

[ 责编:赵清建 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 第八届进博会丨中国馆精彩亮相

  • 美国联邦政府“停摆”创纪录

独家策划

推荐阅读
遥远恒星大气爆发活动的起源区域有哪些特征,人类至今知之甚少。但科学家们正在通过分析太阳爆发活动,探究恒星大气爆发活动的奥秘。
2025-11-06 10:35
这几年,子午工程已经有不少应用场景。例如在航天员出舱时,提前进行空间天气预报,避免在太阳风暴来临、空间有高能粒子时出舱,保护航天员健康安全。
2025-11-06 10:34
智能穿戴设备产品形态从手环、手表延伸至耳机、眼镜、戒指等形式,新供给创造新需求,改变了消费者生活方式,推动着健康管理、时尚消费与技术创新的深度融合。
2025-11-06 10:32
电动车充电慢、冬天“趴窝”、安全隐患大……这些困扰电动出行的难题,迎来了突破性解决方案。
2025-11-06 10:19
目前,我国约70%的待发现油气资源蕴藏在深层超深层、复杂构造及非常规等新领域。如何找到这些宝贵的油气资源,精准绘制“藏宝图”?
2025-11-06 10:17
天问一号环绕器利用高分辨率相机于近日成功观测到星际天体——阿特拉斯(3I/ATLAS)。其间,天问一号环绕器距离目标天体约3000万千米,是目前观测该天体距离最近的探测器之一。
2025-11-06 09:56
为确保航天员生命健康安全和任务圆满成功,经研究决定,原计划11月5日实施的神舟二十号返回任务将推迟进行。
2025-11-05 10:59
4日,国务院安委会办公室、应急管理部、国家消防救援局在京举行2025年全国消防宣传月活动启动仪式。
2025-11-05 04:20
当前,人工智能作为引领新一轮科技革命和产业变革的战略性技术,深刻改变人类生产生活方式。
2025-11-05 03:50
近日,搭载神舟二十一号载人飞船的长征二号F遥二十一运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射,发射任务取得圆满成功。
2025-11-05 04:20
科技论文是衡量科技创新水平的重要指标。
2025-11-05 04:20
近年来,中国审定推出了一批高产稳产、绿色节水、优质专用小麦新品种。2021年,这一情况出现了转变:“圣泽901”“广明2号”“沃德188”等3个国产白羽肉鸡品种通过审定,中国白羽肉鸡育种攻关实现从0到1的实质性突破。
2025-11-04 09:06
党的二十届四中全会提出,“加快高水平科技自立自强,引领发展新质生产力”“加快经济社会发展全面绿色转型,建设美丽中国”。
2025-11-04 04:25
人工智能的出现源于人类对提升生产效率与改善生活品质的持续追求,这一根本动因要求其发展必须始终以服务人类、增进福祉为核心。
2025-11-04 04:25
如何在新学期开展针对性训练,做好运动前准备和运动后体能恢复,已成为受到广泛重视的问题。
2025-11-04 04:25
我所在的他山中学,是贵州黔北山区的一所普通县中,有着4000多名师生。作为校长,我常常在思考:在现有条件下,如何为学生开辟更广阔的成长路径?在日复一日的探索中,
2025-11-04 04:25
11月3日11时47分,我国在文昌航天发射场使用长征七号改运载火箭,成功将遥感四十六号卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。
2025-11-04 04:35
鸟类是生态系统的重要组成部分,是评估区域生态环境质量的关键指示物种,保护鸟类是推动人与自然和谐共生的关键环节。我国是世界上鸟类资源最为丰富的国家之一,
2025-11-03 05:05
人民城市人民建,人民城市为人民。2025年7月,中央城市工作会议指出,“要深刻把握我国城市发展所处历史方位”,“认真践行人民城市理念”,“以建设创新、宜居、美丽、韧性、文明、
2025-11-03 05:05
“从南极到北极,从草原到荒漠,到处都有昆虫的踪迹……”第三十二届中国杨凌农业高新科技成果博览会期间,西北农林科技大学博览园昆虫博物馆内,参会观众被讲解员李姗姗的讲述深深吸引。
2025-11-03 05:05
加载更多