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马里亚纳海沟,地球最深处。
万米海底的压力有多大?
浙江大学航空航天学院交叉力学中心李铁风教授说,在米的海底,静水压高约兆帕,接近于0个大气压。用一个不太恰当的比方,相当于一吨重的小汽车全压在指尖上。过去,需要高强度的金属外壳(如钛合金)或压力补偿系统来保护,才能克服深海的极高静水压。
但生物学研究发现,在马里亚纳海沟米到00米之间的深度区域,仍有数百种物种生存,狮子鱼就是其中的一种。
马里亚纳海沟米深海驱动试验
要涉足这无人之境,人造机器若没有耐压的“盔甲”,都会被强大水压所破坏。不过,在深海中生活的生物却因有着奇特构造而在这里安然无恙。若能由深海生物启发,把“生命之秘”化作“机器之力”,研发能自适应复杂环境的智能机器,则既可助力深海探索,又能发展新型机器人与智能装备。
仿生狮子鱼深海软体机器人
李铁风教授团队联合之江实验室,与合作单位开展跨学科交叉研究,率先提出机电系统软-硬共融的压力适应原理,研制了无需耐压外壳的仿生软体智能机器人,首次实现了在万米深海自带能源软体人工肌肉驱控和软体机器人深海自主游动。这种环境自适应的仿生软体机器人和智能系统,将为深海探索科考、环境监测与资源勘探提供解决方案,为复杂环境与任务下机器人及智能系统设计提供新思路。
李铁风教授与本文主要作者(李国瑞,陈祥平,周方浩,梁艺鸣)讨论机器人设计
这项研究成果于3月4日,作为封面文章刊发在国际顶级期刊《自然》。之江实验室研究人员李国瑞,浙江大学博士研究生陈祥平、周方浩为论文共同第一作者,通讯作者为浙江大学李铁风教授。
李铁风团队研制的仿生软体机器鱼,由软体人工肌肉驱动一对翅膀状的柔性胸鳍,通过节律性扑翅实现游动。这款仿生软体智能机器鱼,形似一条深海狮子鱼,长22cm,翼展宽度28cm,大约为一张A4纸的长宽。和传统的“硬扛”方法不同,团队采用了“以柔克刚”的策略。通过对深海狮子鱼的结构分析,团队发现深海狮子鱼的骨骼细碎状地分布在凝胶状柔软的身体中,有助于其在高压力环境下的生存与活动。
南海米深海游动试验
年团队克服了新冠疫情和极端恶劣天气影响,进行了多次海试。在一次深海游动试验中,团队为避开超强台风在南海上漂了多天,参加此次海试的李国瑞和陈祥平说,夜里海况条件突然转好,他们就在凌晨的时间窗口时分开始了紧张实验。“凌晨三点钟,我们在主控室里,一分一秒地等待机器鱼在海底启动。当看到成功完成预定游动时,悬着的心终于放了下来,数年的艰难探索取得了里程碑式进展。”李国瑞说,海试让技术从实验室更快地走向实用。
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