讓小型機械人漫步萬米深海

2025年03月20日21:10:20 科學 8335

能在萬米深海實現多模態運動的小型深海可變形機械人由我國研究團隊成功研發。

在地球最深處馬里亞納海溝的萬米深淵，壓強相當於一個指甲蓋上站了一頭一噸重的犀牛，溫度接近冰點。此前，能到達這裡的深海機械人，多為重量達數噸的剛性體大型潛航器。如今，一台身長不到50厘米、體重僅1500克的「小精靈」來到這一曾經的小型機械人「禁區」，為深海探索帶來更多可能性。相關研究成果於3月20日發表於《科學·機械人》。

這一能在萬米深海實現多模態運動的小型深海可變形機械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。研究團隊從蝙蝠魚的運動模式中汲取靈感，設計出能夠遊動、滑翔、爬行的多模態機械人。

「10000米深海壓強對於小機械人來說，相當於壓了一座小型冰山。」北航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，削弱機械人的運行性能。為了克服這一挑戰，研究團隊設計出了全新的深海驅動裝置，利用雙穩態手性超材料結構在兩個穩態之間切換時的快速突跳，實現高效驅動。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械人驅動性能的助力，克服了以往柔性材料驅動器在深海環境下性能衰減的困難。

同時，面對深海2℃—4℃的低溫環境，研究團隊巧妙利用在低溫環境下可實現高頻循環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態突跳切換，實現驅動器的快速循環擺動。隨後，他們通過有限元仿真、實驗室環境測試及高壓罐實驗等方法，系統優化了驅動器關鍵結構參數，最終實現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，該團隊正朝着深海柔性機械人+ai的研究方向努力，並將致力於聚焦提升深海小型機械人的續航能力和運動效率，實現更大範圍的深海探測和監測，為海洋資源開發、考古發掘、環境監測等提供方案。正如團隊成員、北航機械工程及自動化學院博士研究生、深潛人員左宗灝所說：「深海科研的魅力在於未知帶來的挑戰，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。」

北航航空科學與工程學院副教授潘飛，機械工程及自動化學院研究生劉嘉琦、左宗灝、何夏為論文共同第一作者。北航機械工程及自動化學院丁希侖教授與文力教授為通訊作者。

來源：科技日報

出品 | 中國能源報（id：cnenergy）

編輯丨趙方婷