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

  • 中央军委举行晋升上将军衔仪式

  • “粤车南下”入境香港市区正式实施

独家策划

推荐阅读
我国自主设计建造的全球首制甲醇双燃料动力智能超大型油轮“凯拓”轮22日在辽宁大连成功交付。
2025-12-23 09:54
中国科学院大连化学物理研究所副研究员方光宗、研究员潘秀莲团队在乙炔氢氯化制氯乙烯研究领域取得新进展。
2025-12-23 09:53
《自然》杂志网站12月18日刊发文章,展望了2026年值得关注的科学事件,涉及人工智能(AI)、基因编辑和太空探索等多个领域。中国计划于2026年发射嫦娥七号探测器,目标是在布满岩石与陨石坑、着陆难度极大的月球南极附近着陆。
2025-12-23 09:52
9月30日,中国科学院上海应用物理研究所原所长徐洪杰去世半个月后,一场以追思和战略研讨为主题的“务虚会”在研究所召开。
2025-12-23 09:47
种子是“农业芯片”。精准设计育种这盘大棋,在科技工作者手中,正下得风生水起。
2025-12-23 03:05
12月17日,《自然》发布2025年值得关注的七大暖心科学故事,从基因编辑的多项突破,到传染病的快速防控,再到政策层面的重大胜利,都让人们为这一年感到高兴。
2025-12-22 09:57
记者21日从中国科学院大连化学物理研究所获悉,该所研究员李先锋团队在溴基多电子转移液流电池新体系研究方面取得新进展。
2025-12-22 09:56
微波加热,是维持“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)上亿摄氏度高温的核心技术之一。
2025-12-22 09:52
12月19日,《科学》在线发表了这项由中国科学家领衔的重要研究成果。
2025-12-22 09:50
记者了解到,作为农业科技“国家队”,近年来,该院依托西部中心,组建了高品质棉花生产模式、作物生物安全与防控等16支创新团队,把百余项技术成果转化运用到新疆这片热土。
2025-12-22 02:45
由我国多家研发单位联合完成的两项降糖减重药物Ⅲ期临床研究成果,北京时间18日在线发表于国际科学顶级学术期刊《自然》(《Nature》)。
2025-12-19 09:51
一个国际团队12月17日发表于《自然》的研究显示,70岁以上人群中,近1/10患有阿尔茨海默病。
2025-12-19 09:51
近日,“大国重器”中国天眼(FAST)又传来好消息。截至2025年11月5日,它已发现脉冲星1170颗,远超同期其他望远镜发现总数。
2025-12-19 09:48
国家自然科学基金重大非共识项目日前正式启动试点,首批遴选出3项建议资助项目,支持科研人员在国际科技竞争“无人区”开辟研究方向。
2025-12-19 09:47
《物理世界》日前公布“2025年度十大科学突破”榜单,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心张广宇团队主导的“首例二维金属制备”成果成功入选。
2025-12-19 09:45
中国科学技术大学教授潘建伟、张强等组成的研究团队与济南量子技术研究院、中国科学院半导体研究所等单位合作,通过混合集成分布式反馈激光器与薄膜铌酸锂光子芯片,成功实现了电泵浦片上集成的高亮度偏振量子纠缠光源,向集成化量子信息处理迈出重要一步。
2025-12-18 10:02
肺鱼,一种可以“绝境求生”的神奇生物,部分种类能在缺水时躲入泥中使用肺呼吸,直到雨季才复苏。借助高精度CT扫描与三维重建技术,乔妥、崔心东与团队其他成员对云南古嵴鱼展开了细致的关键形态特征观察。
2025-12-18 10:00
气温下降容易影响呼吸系统和循环系统。
2025-12-18 09:59
在这些应用成果中,人工智能大模型赋予机器人“大脑”,具身智能赋予机器人“小脑”与“四肢”,让它们学会像人一样思考和行动。蒸汽机延伸了人类的体能,计算机延伸了人类的智能,具身智能意味着一个“人机共生”的新纪元——机器人不再是冷冰冰的机器,而是生产生活中的得力伙伴。
2025-12-18 09:50
其中,“泛在操作系统”“高性能制造”“深部固体资源流态化开采”“超级微创手术”4项体系化新名词,均为我国科学家率先提出。超级微创手术经由自然腔道、隧道、穿刺通道、多腔隙通道,构建起覆盖全器官系统的技术体系。
2025-12-18 09:49
加载更多