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

  • 习近平出席中法企业家委员会第七次会议闭幕式并致辞

  • 大江南北传法治音——国家宪法日普法教育全景图

独家策划

推荐阅读
为何CCER可以抵消碳排放?这里不得不提到中国的碳市场。在这样一个市场里,碳减排量可以像日常商品一样被交易。
2025-12-04 10:13
近日,中国科学院院士、中国科学院分子植物科学卓越创新中心(以下简称分子植物卓越中心)研究员林鸿宣团队与上海交通大学研究员林尤舜团队、广州国家实验室研究员李亦学团队合作,种出了“不怕热”的水稻。
2025-12-04 10:03
科学家发现了一种可以在63摄氏度下存活的单细胞变形虫,创造了真核生物的耐热纪录。拉森火山国家公园以冒泡的酸性湖泊和炽热的地热池而闻名,但该变形虫却来自一条pH中性的“热溪流”。
2025-12-04 10:04
根据我国风电光伏基地规划布局方案,至2030年,这些新能源基地总装机规模将达4.55亿千瓦,大约相当于20个三峡水电站的总装机容量——“沙戈荒”生态环境脆弱,一旦遭到破坏,恢复难度大,大规模建设光伏风电发电基地可能会影响当地的植被、土壤和水资源等。
2025-12-04 10:01
光明日报北京12月3日电 记者张胜日前从生态环境部获悉,该部与国家能源局近日联合发布3项针对海陆油气田的温室气体自愿减排项目方法学。这是全国温室气体自愿减排交易市场首次将支持范围扩充到油气开采领域,通过市场机制破解油气甲烷回收利用难题。
2025-12-04 09:58
布局“未来产业”,“十五五”规划建议为什么“点名”量子科技、生物制造等6项产业?如何挖掘中国未来产业的应用价值?
2025-12-03 09:52
记者从工业和信息化部获悉:截至10月末,我国5G基站总数达475.8万个,比上年末净增50.7万个,占移动基站总数的37%。
2025-12-03 09:44
利用美国宇航局“毅力”号火星车捕捉到的声音和电信号,法国科学家提出了火星存在闪电的证据。
2025-12-03 09:41
11月30日,内蒙古自治区乌海市,我国装机规模最大的半固态锂电池电网侧独立新型储能项目成功并网。
2025-12-03 09:34
近日,由中国科学院院士、中国科学院青藏高原研究所研究员丁林领衔的大陆碰撞与高原隆升团队,系统梳理了青藏高原隆升的历史细节。
2025-12-03 09:28
建设教育强国,基点在基础教育。 特别值得一提的是,我校教师创新性地构建了以跨学科项目学习为核心、贯通小初高认知发展,融合科学家精神、工程师思维与设计师视角的科学教育“PRIDE项目式课堂”模式。 此外,科学教育联合培养共同体,也是学校科技教育的有力支撑。
2025-12-02 10:09
今年12月2日是第十四个全国交通安全日,相关部门将围绕“文明交通 礼行天下”主题开展一系列活动。”  公安交管部门提醒:重载车辆、新手驾驶人等慢速群体尽量使用右侧车道通行,减少因较大速度差导致交通拥堵或事故。
2025-12-02 10:08
作为国内单机容量最大、效率最高燃气机组,与传统燃煤机组相比,应急调峰能力大幅提升,能源利用更高效。其碳排放强度仅为百万千瓦燃煤机组的40%,且几乎不产生颗粒物和二氧化硫,从源头减少污染。
2025-12-02 10:08
近日,法国空中客车公司与欧盟航空安全局相继发布声明,要求全球约6000架空客A320系列飞机紧急停飞维修。“此次事件的核心原因是受到单粒子翻转的影响,同时也暴露出航空电子设备对高空飞行环境中太阳辐射影响应对不足。
2025-12-02 10:07
转录组测序显示,受体植物中茉莉酸信号通路被激活;高效液相色谱-质谱检测证实,受体植物根系中茉莉酸及活性衍生物JA-Ile含量增加。”  该团队发现,茉莉酸甲酯处理能模拟菌根网络介导的互作效应,激活植物茉莉酸通路,改变根际微生物组,富集有益菌。
2025-12-02 10:06
中国科学技术大学教授潘建伟、朱晓波、彭承志、龚明等与山西大学教授梅锋等合作,基于可编程超导量子处理器“祖冲之二号”,首次在量子体系中实现并探测了高阶非平衡拓扑相。
2025-12-01 09:33
在距离海平面千米的深海,阳光无法抵达,海水冰冷,压力极大。然而,在环境极端的“海底沙漠”中,却生长着形态各异、结构复杂的深海珊瑚,构建起生机勃勃的海底“秘密花园”。
2025-12-01 09:32
推动科技创新和产业创新深度融合,是加快发展新质生产力、建设现代化产业体系的内在要求,也是塑造高质量发展新动能新优势的战略抉择。
2025-12-01 09:23
红小豆又名赤豆、小豆,是中国老百姓餐桌上一种颇受欢迎的杂粮,但科学家对其基因组的了解还不够深入。
2025-12-01 09:23
在“梦想”号问世之前,中国科学家想要开展深海大洋钻探研究,只能“借船出海”。
2025-12-01 09:22
加载更多