中國軟體機(jī)器人突破萬米級深潛

????????警用裝備網(wǎng)訊：?據(jù)央視財經(jīng)6月初報道，中國研發(fā)出的軟體機(jī)器人在太平洋馬里亞納海溝完成測試，成功突破了萬米級深潛，刷新世界紀(jì)錄。

　　該報道稱，浙江大學(xué)航空航天學(xué)院的李鐵風(fēng)教授團(tuán)隊聯(lián)合之江實(shí)驗(yàn)室，成功研制了無需耐壓外殼的仿生軟體智能機(jī)器人，并于2019年底首次在馬里亞納海溝實(shí)現(xiàn)了自主游動。

　　這項研究成果作為封面文章，刊發(fā)在今年3月4日的國際頂級期刊《自然》。

　　《自然》雜志 Self-powered　soft　robot　in　the　Mariana　Trench.Nature591,　66–71　(2021)。

圖片來源：《自然》雜志

　　由于地處板塊俯沖地帶，馬里亞納海溝的海底地質(zhì)運(yùn)動非?；钴S，海溝深處水壓高、完全黑暗、溫度低、含氧量低，是公認(rèn)的地球上環(huán)境最惡劣的區(qū)域之一。

　　李鐵風(fēng)團(tuán)隊研發(fā)的軟體機(jī)器人，在該海溝10900米處進(jìn)行測試。在2500毫安時單節(jié)鋰電池的驅(qū)動下，機(jī)器人按照預(yù)定指令拍動翅膀，每秒自驅(qū)動一次，撲翼運(yùn)動長達(dá)45分鐘，試驗(yàn)各項測試數(shù)據(jù)達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)。

　　此次測試是人類研制的軟體機(jī)器人自驅(qū)動試驗(yàn)在馬里亞納海溝創(chuàng)下的新紀(jì)錄，也是中國研發(fā)軟體機(jī)器人首次突破萬米級深潛。

　　在如此深的海底，靜水壓高約110兆帕，接近于1100個大氣壓。過去的深海機(jī)器人，通常采用高強(qiáng)度的金屬外殼或壓力補(bǔ)償系統(tǒng)來保護(hù)自身不會壓碎。

　　浙江大學(xué)航空航天學(xué)院官網(wǎng)顯示，李鐵風(fēng)團(tuán)隊研發(fā)的仿生軟體機(jī)器人，由軟體人工肌肉驅(qū)動一對翅膀狀的柔性胸鰭，通過節(jié)律性撲翅實(shí)現(xiàn)游動。

　　此外，控制電路、電池等硬質(zhì)器件，被融入集成在凝膠狀的軟體機(jī)身中。通過設(shè)計調(diào)節(jié)器件和軟體的材料與結(jié)構(gòu)，使得機(jī)器人無需耐壓外殼，就可以承受萬米級別的深海靜水壓力。

　　李鐵風(fēng)團(tuán)隊設(shè)計的自供能仿生軟體機(jī)器魚

?圖片來源：《自然》雜志

　　這款仿生軟體機(jī)器人的設(shè)計，受到深海獅子魚的啟發(fā)，形狀也類似一條深海獅子魚，長22cm，翼展寬度28cm，約為一張A4紙的長寬。

　　科研團(tuán)隊表示，通過對深海獅子魚的結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)深海獅子魚的骨骼細(xì)碎狀地分布在凝膠狀柔軟的身體中，有助于其在高壓力環(huán)境下的生存與活動。

　　因此，科研團(tuán)隊采用了“以柔克剛”的策略，使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了適應(yīng)超強(qiáng)壓力而保持結(jié)構(gòu)功能完整。

　　軟體機(jī)器魚的結(jié)構(gòu)設(shè)計 圖片來源：《自然》雜志

　　仿生軟體機(jī)器魚在深海實(shí)現(xiàn)驅(qū)動，需要解決的一大問題是，如何有效避免高分子材料在高壓和低溫時電驅(qū)動能力的衰減。

　　浙江大學(xué)航空航天學(xué)院官網(wǎng)顯示，為此，李鐵風(fēng)團(tuán)隊與浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院羅英武教授課題組合作，研制了能適應(yīng)深海低溫、高壓等極端環(huán)境的電驅(qū)動人工肌肉，在高壓低溫環(huán)境下依然能保持良好電驅(qū)動性能。

　　這款電驅(qū)動人工肌肉也是團(tuán)隊研究工作的另一個重要突破。

　　在此基礎(chǔ)上，科研人員利用圍繞在人工肌肉外的海水作為離子導(dǎo)電負(fù)極，由機(jī)器魚自帶能源在人工肌肉內(nèi)外側(cè)厚度方向產(chǎn)生電勢差，讓高分子薄膜發(fā)生舒張與收縮形變。由此，實(shí)現(xiàn)“翅膀”的上下拍動，推動機(jī)器魚在水中前行。

　　仿生軟體機(jī)器魚煽動翅膀 圖片來源：《自然》雜志

　　具有機(jī)載電源和控制功能的軟體機(jī)器魚的深?，F(xiàn)場測試。圖片來源：《自然》雜志

　　“我們的研究目標(biāo)是以全新技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)深潛器的小型化、柔性化、智能化，大幅降低深海探測的難度和成本?！崩铊F風(fēng)在《浙江日報》采訪是表示。

　　這種環(huán)境自適應(yīng)的仿生軟體機(jī)器人和智能系統(tǒng)，可為深海探索科考、環(huán)境監(jiān)測與資源勘探提供解決方案，也為復(fù)雜環(huán)境與任務(wù)下，機(jī)器人及智能系統(tǒng)的設(shè)計提供新思路。

　　根據(jù)國際機(jī)器人協(xié)會的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，全球工業(yè)界只解決了3%至4%的規(guī)則、剛性物品的自動化生產(chǎn)搬運(yùn)問題，剩余96%左右的柔性異形、易損物品仍使用人工上下料。

　　關(guān)于軟體智能機(jī)器人的研究，國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)也一直在進(jìn)行。

　　2016年，TechnologyReview網(wǎng)站顯示，哈佛的研究人員制作了一款章魚狀的機(jī)器人，全身軟體且可以自動移動。這也是世界上首個全軟體機(jī)器人。

　　這是個氣動機(jī)器人。研究人員把過氧化氫液體泵入到機(jī)器人身體里的兩個容儲器中，與體內(nèi)的鉑線催化反應(yīng)產(chǎn)生了氣體。氣體通過芯片控制，先引入到機(jī)器人一半的觸手，再引入到另一半觸手，交替反復(fù)釋放，使得機(jī)器人看起來像在跳舞，不斷地擺動觸手，開始移動。

　　2019年6月2日，哈佛大學(xué)約翰·A·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEA）的研究人員開發(fā)出了最新型的軟體機(jī)器人，它可以應(yīng)用于太空探索、搜索和救援系統(tǒng)、仿生學(xué)、醫(yī)學(xué)手術(shù)與康復(fù)等領(lǐng)域。

　　圖片來源：Bertoldi Lab/Harvard SEAS

　　據(jù)外媒New Atlas去年報道，卡羅萊納州立大學(xué)和天普大學(xué)的工程研究人員開發(fā)了受水母啟發(fā)的軟機(jī)器人。當(dāng)水母機(jī)器人“放松”時，圓頂像一個淺碗一樣彎曲。當(dāng)空氣被泵入通道層時，圓頂迅速彎曲，將水推出并向前推動。

　　在實(shí)驗(yàn)測試中，水母機(jī)器人的平均速度為每秒53.3毫米。該機(jī)器人適用了一種名為預(yù)應(yīng)力聚合物的技術(shù)，使得軟機(jī)器人更強(qiáng)大。此項研究發(fā)表在《先進(jìn)材料技術(shù)》雜志上。

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