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(shù)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(jīng)的小型機器人“禁區(qū)”，為深海探索帶來更多可能性。相關(guān)研究成果3月20日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·機器人》。

  這一能在萬米深海實現(xiàn)多模態(tài)運動的小型深?？勺冃螜C器人由北京航空航天大學(xué)機械工程及自動化學(xué)院研究團隊聯(lián)合中國科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所、浙江大學(xué)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(shè)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(qū)動器材料的模量增加，會導(dǎo)致驅(qū)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(shè)計出了全新的深海驅(qū)動裝置，利用雙穩(wěn)態(tài)手性超材料結(jié)構(gòu)在兩個穩(wěn)態(tài)之間切換時的快速突跳，實現(xiàn)高效驅(qū)動。該裝置巧妙地將深海高壓對軟材料的負面影響轉(zhuǎn)化為提升機器人驅(qū)動性能的助力，克服了以往柔性材料驅(qū)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(qū)動。利用形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)，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(qū)動手性超材料單元的雙穩(wěn)態(tài)突跳切換，實現(xiàn)驅(qū)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(qū)動器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，最終實現(xiàn)了靜水壓力對驅(qū)動性能的正向強化，顯著提升了驅(qū)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(xué)院博士研究生左宗灝所說：“深?？蒲械镊攘υ谟谖粗獛淼奶魬?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。”（來源：科技日報記者 操秀英）