受蝙蝠魚啟發(fā)， 我科研團隊成功實現(xiàn)——
小型機器人漫步萬米深海
科技日報北京3月20日電 (記者操秀英)在地球最深處馬里亞納海溝的萬米深淵，壓強相當于一個指甲蓋上站了一頭一噸重的犀牛，溫度接近冰點。此前，能到達這里的深海機器人，多為重量達數噸的剛性體大型潛航器。如今，一臺身長不到50厘米、體重僅1500克的“小精靈”來到這一曾經的小型機器人“禁區(qū)”，為深海探索帶來更多可能性。相關研究成果3月20日發(fā)表于國際學術期刊《科學·機器人》。
這一能在萬米深海實現(xiàn)多模態(tài)運動的小型深海可變形機器人由北京航空航天大學機械工程及自動化學院研究團隊聯(lián)合中國科學院深海科學與工程研究所、浙江大學歷時6年共同研發(fā)。研究團隊從蝙蝠魚的運動模式中汲取靈感，設計出能夠游動、滑翔、爬行的多模態(tài)機器人。
“10000米深海壓強對于小機器人來說，相當于壓了一座小型冰山。”研究團隊負責人文力教授說，在深海的高壓下，柔性驅動器材料的模量增加，會導致驅動幅值與速度的衰減，削弱機器人的運行性能。為了克服這一挑戰(zhàn)，研究團隊設計出了全新的深海驅動裝置，利用雙穩(wěn)態(tài)手性超材料結構在兩個穩(wěn)態(tài)之間切換時的快速突跳，實現(xiàn)高效驅動。該裝置巧妙地將深海高壓對軟材料的負面影響轉化為提升機器人驅動性能的助力，克服了以往柔性材料驅動器在深海環(huán)境下性能衰減的困難。
同時，面對深海2℃—4℃的低溫環(huán)境，研究團隊巧妙利用在低溫環(huán)境下可實現(xiàn)高頻循環(huán)主動變形的形狀記憶合金進行拮抗驅動。利用形狀記憶合金的形狀記憶效應，科研人員通過周期性電流加熱，使一對形狀記憶合金彈簧主動交替收縮，驅動手性超材料單元的雙穩(wěn)態(tài)突跳切換，實現(xiàn)驅動器的快速循環(huán)擺動。隨后，他們通過有限元仿真、實驗室環(huán)境測試及高壓罐實驗等方法，系統(tǒng)優(yōu)化了驅動器關鍵結構參數，最終實現(xiàn)了靜水壓力對驅動性能的正向強化，顯著提升了驅動器的擺動速度與幅值。
目前，該團隊正朝著“深海柔性機器人+AI”的研究方向努力，并將致力于聚焦提升深海小型機器人的續(xù)航能力和運動效率，實現(xiàn)更大范圍的深海探測和監(jiān)測，為海洋資源開發(fā)、考古發(fā)掘、環(huán)境監(jiān)測等提供方案。正如團隊成員、北航機械工程及自動化學院博士研究生左宗灝所說：“深海科研的魅力在于未知帶來的挑戰(zhàn)，每次下潛的機會都彌足珍貴，但永遠相信只要敢邁步，海底也會有光。”