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2020-08

浙江大学:硅胶3D打印软体机器鱼可在万米深海遨游


海洋占地球表面的70%以上,然而目前人类的探索还局限在较浅的海洋深度。由于极端的静水压力,深海区域仍然是地球上被探索最少的区域之一。

位于西太平洋的马里亚纳海沟是已知的海洋最深处,深度接近11公里,水压高、温度低、完全黑暗,被称为“地球第四极”。随着深潜技术的不断发展,人们发现,在马里亚纳海沟6000—11000米之间的极高压深水区,仍有数百种物种生存,狮子鱼(snailfish)就是其中的典型代表。

狮子鱼没有庞大或厚重的耐压身体,却依然能够在海洋深处游刃有余,这得益于它们奇特的身体构造。狮子鱼的骨骼细碎状地分布在凝胶状柔软的身体中,能承受百兆帕的压力。浙江大学李铁风教授的研究团队从中获得灵感,设计了一款能进行深海勘测的自供能仿生软体机器鱼。具体论文发表在国际顶级期刊 Nature上,题为Self-powered soft robot in the Mariana Trench.

该仿生软体智能机器鱼有22厘米长(身长11.5厘米、尾长10.5厘米),翼展宽28厘米。它包含一个凝胶状的鱼形机身和两个由薄硅胶制成的大侧鳍。电力、运动和控制所需的精密电子元件被嵌入在凝胶状的软体机身中;两翼中间椭圆形部位的是最新研制的介电弹性体人工肌肉,可以将电能转化为机械能;通过设计调节器件和软体的材料与结构,实现了机器人无需耐压外壳,便能承受万米级别的深海静水压力。当机器鱼电子器件的电信号作用于肌肉时,肌肉就会舒张与收缩形变,进行扑翼运动,驱动机器鱼前进,即使在相当深的地方,速度也能达到每秒大约半条身体的长度 (约0.2公里/小时)。

2019年12月,仿生软体机器鱼在马里亚纳海沟10900米海深处,海试影像记录显示,该机器鱼实现了稳定扑翼驱动。在2020年8月27日深夜,该软体机器鱼在南海3224m海深处成功实现了自主游动。海试让技术从实验室更快地走向实用。

目前机器鱼的速度相对较慢,不太容易操纵,而且可能无法承受强大的水下水流。机器鱼的速度、抗扰动能力以及移动能力都需要进一步优化以适应实际应用。未来,研究团队将专注于开发软体轻质的材料和结构,让用于极端条件下的装置,具有更好的智能性、通用性、操纵性和效率。

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