在地球最深處馬里亞納海溝的萬米深淵，壓強(qiáng)相當(dāng)于一個指甲蓋上站了一頭一噸重的犀牛，溫度接近冰點(diǎn)。對于身長1米以內(nèi)的小型機(jī)器人來說，這里的極端環(huán)境曾是“禁區(qū)”，會使它們舉步維艱。
日前，北京航空航天大學(xué)聯(lián)合中科院深海所、浙江大學(xué)等單位組成的科研團(tuán)隊(duì)發(fā)布了深海小型深潛機(jī)器人的最新成果，在馬里亞納海溝等深海環(huán)境測試均獲得了媲美甚至超越實(shí)驗(yàn)室常溫常壓下的運(yùn)動性能，這一成果已在知名國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·機(jī)器人》發(fā)表。
從深海小型機(jī)器人在水深1384米的中國南海海馬冷泉進(jìn)行測試的鏡頭中可以看到，測試中深海小型機(jī)器人游動、滑行、變形和爬行等科目全部順利完成，在深海中的表現(xiàn)甚至超過了地面實(shí)驗(yàn)室。
北航機(jī)械工程及自動化學(xué)院研究生左宗灝：海試的表現(xiàn)出乎之前實(shí)驗(yàn)室預(yù)期，因?yàn)樗尿?qū)動性能受靜水壓的升高，也有更好的表現(xiàn)，看到這個我們當(dāng)時就非常興奮。
此前，團(tuán)隊(duì)已對深海小型機(jī)器人進(jìn)行過多次深海測試，最深到達(dá)了馬里亞納海溝10666米深的海底，得益于全新設(shè)計(jì)的柔性深海驅(qū)動裝置。即便是上萬米的海底，深海小型機(jī)器人仍能夠像蝠鲼一樣游動、滑翔，還能像龍蝦一樣在海底爬行，可以順暢地切換各種運(yùn)動狀態(tài)，完美適應(yīng)深海的復(fù)雜環(huán)境。
北航機(jī)械工程及自動化學(xué)院教授文力：在深海下它的運(yùn)動性能和常溫常壓陸地上的性能相媲美，甚至有超越。打個比方，在我們實(shí)驗(yàn)室的水缸里面，讓機(jī)器人去做一個動作，在深海下它做出來的運(yùn)動的動作性能、爬行速度、游動速度幾乎是一樣的，它在深海的壓力就像不存在一樣。
技術(shù)研發(fā)另辟蹊徑6年打造深海科研利器
專家介紹，大型深潛器特別是載人深潛器全球僅有少數(shù)國家能夠制造，被譽(yù)為大國重器，研發(fā)制造難度相當(dāng)大，然而與大型深潛器相比，深海小型機(jī)器人的開發(fā)難度并沒有因?yàn)樾《档?，在某些方面可能難度更大。
視頻中的這臺深海小型機(jī)器人體長不到50厘米，體重僅1.5公斤，與我國自主研發(fā)深潛器“奮斗者”號36噸的體重相比，深海小型機(jī)器人的體積和重量實(shí)在是微不足道。然而正是因?yàn)樾?，大型深潛器研發(fā)過程中所取得的科研成果以及技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，在這臺小型機(jī)器人上幾乎都不用上。
北航機(jī)械工程及自動化學(xué)院教授文力：驅(qū)動部件，就是要運(yùn)動的部件尤其困難。深海大型潛航器用的電機(jī)都非常地重，原因是它還要加保護(hù)，就相當(dāng)于在它運(yùn)動的部件上面要加一個厚厚的殼，來抵御外界的深海壓力。但是這個問題如果把它做到這么小的機(jī)器人上，那怎樣把驅(qū)動器縮小化、輕量化、小尺度化，這個問題就很難了。
10000米深海壓強(qiáng)對于小機(jī)器人來說，相當(dāng)于壓了一座小型冰山，這對深海小型機(jī)器人的關(guān)鍵部件驅(qū)動部件提出了重大考驗(yàn)。既要扛住深海環(huán)境巨大的壓力，僅有幾攝氏度的低溫；還要足夠輕和??；性能還要夠用。沒有現(xiàn)成的技術(shù)，科研團(tuán)隊(duì)只能另辟蹊徑。
北航機(jī)械工程及自動化學(xué)院教授文力：我們巧妙地利用了一種叫手性雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，就像我們平?？赡芡孢^的一些玩具，它是從一邊的凸起稍稍給力，就會突跳到另外一邊，這個原理在深海非常有效。其原因在于深海的壓力會把這個軟軟的、突跳的東西壓得更硬。
通過獨(dú)特設(shè)計(jì)，使得機(jī)器人在深海中能夠?qū)崿F(xiàn)更高的驅(qū)動速度和幅度，如同深海中的“風(fēng)火輪”。研發(fā)人員還使用了形狀記憶合金以及特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，開發(fā)出了適應(yīng)深海環(huán)境的驅(qū)動部件。經(jīng)過長時間調(diào)試，性能完全滿足需求。
在長達(dá)6年的開發(fā)過程中，團(tuán)隊(duì)成員還解決了深海環(huán)境下的運(yùn)動模式、自動控制、整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等眾多難題，完成了深海小型機(jī)器人原型開發(fā)。專家介紹，這種深海機(jī)器人小型化和低成本的特點(diǎn)，有望使它成為未來深?？瓶家约吧詈ＹY源開發(fā)的利器。
北航機(jī)械工程及自動化學(xué)院教授文力：我們這個機(jī)器人50厘米以內(nèi)、1.5公斤，非常小，成本低。同時一次性可以由潛航器攜帶多個機(jī)器人下去進(jìn)行相關(guān)的科考或者進(jìn)行作業(yè)。
目前，團(tuán)隊(duì)正朝著深海柔性機(jī)器人+AI的研究方向努力，為深海智能作業(yè)提供更廣闊的空間。
（總臺央視記者 梁錚錚 代欽夫）
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