让小型机器人漫步万米深海

分类：科学
浏览数：8335

能在万米深海实现多模态运动的小型深海可变形机器人由我国研究团队成功研发。

在地球最深处马里亚纳海沟的万米深渊，压强相当于一个指甲盖上站了一头一吨重的犀牛，温度接近冰点。此前，能到达这里的深海机器人，多为重量达数吨的刚性体大型潜航器。如今，一台身长不到50厘米、体重仅1500克的“小精灵”来到这一曾经的小型机器人“禁区”，为深海探索带来更多可能性。相关研究成果于3月20日发表于《科学·机器人》。
这一能在万米深海实现多模态运动的小型深海可变形机器人由北京航空航天大学机械工程及自动化学院研究团队联合中国科学院深海科学与工程研究所、浙江大学历时6年共同研发。研究团队从蝙蝠鱼的运动模式中汲取灵感，设计出能够游动、滑翔、爬行的多模态机器人。
“10000米深海压强对于小机器人来说，相当于压了一座小型冰山。”北航研究团队负责人文力教授说，在深海的高压下，柔性驱动器材料的模量增加，会导致驱动幅值与速度的衰减，削弱机器人的运行性能。为了克服这一挑战，研究团队设计出了全新的深海驱动装置，利用双稳态手性超材料结构在两个稳态之间切换时的快速突跳，实现高效驱动。该装置巧妙地将深海高压对软材料的负面影响转化为提升机器人驱动性能的助力，克服了以往柔性材料驱动器在深海环境下性能衰减的困难。
同时，面对深海2℃—4℃的低温环境，研究团队巧妙利用在低温环境下可实现高频循环主动变形的形状记忆合金进行拮抗驱动。利用形状记忆合金的形状记忆效应，科研人员通过周期性电流加热，使一对形状记忆合金弹簧主动交替收缩，驱动手性超材料单元的双稳态突跳切换，实现驱动器的快速循环摆动。随后，他们通过有限元仿真、实验室环境测试及高压罐实验等方法，系统优化了驱动器关键结构参数，最终实现了静水压力对驱动性能的正向强化，显著提升了驱动器的摆动速度与幅值。
目前，该团队正朝着深海柔性机器人+ai的研究方向努力，并将致力于聚焦提升深海小型机器人的续航能力和运动效率，实现更大范围的深海探测和监测，为海洋资源开发、考古发掘、环境监测等提供方案。正如团队成员、北航机械工程及自动化学院博士研究生、深潜人员左宗灏所说：“深海科研的魅力在于未知带来的挑战，每次下潜的机会都弥足珍贵，但永远相信只要敢迈步，海底也会有光。”
北航航空科学与工程学院副教授潘飞，机械工程及自动化学院研究生刘嘉琦、左宗灏、何夏为论文共同第一作者。北航机械工程及自动化学院丁希仑教授与文力教授为通讯作者。

来源：科技日报

出品 | 中国能源报（id：cnenergy）
编辑丨赵方婷
科学分类资讯推荐
科学分类视频推荐
↑