地球深处的马里亚纳海沟，其高压强、低温的极端环境，曾是小型机器人的“禁区”。历经6年研发，一台“小精灵”翩然降落海底，在深海也能行动自如。3月20日，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所、浙江大学，发布了这项“深海小型多模态机器人”科研成果。该机器人首次突破了万米深海，并实现多模态运动，为海洋资源开发、考古发掘、环境监测等带来更多可能性。
“此前，能到达万米深海的机器人，多为重达数吨的刚性体大型潜航器。因为这里的压强对于小型机器人来说，相当于一个指甲盖上站了一头一吨重的犀牛。”北航研究团队负责人、教授文力点出了研发中的一大难题——压强。他说，在深海的高压下，柔性驱动器材料的模量增加，这种现象类似肌肉的僵化，会导致驱动幅值和速度的衰减，削弱机器人的运行性能。然而，只有小型机器人能灵活应对复杂的深海环境，更自如地完成多样化的任务。开发既能对抗高压，又身材小巧的深海机器人迫在眉睫。
经过多年尝试，团队设计出一款深海驱动装置：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。文力解释：“这种快速突跳的速度和幅度会随着结构材料模量的增加而增加，巧妙地将深海高压对软材料的负面影响扭转为正面影响，成为提升机器人驱动性能的助力，帮助柔性材料驱动器克服在深海环境下性能衰减的困难。”
此外，团队还从深海世界的“舞者”——蝙蝠鱼的运动模式中汲取灵感，设计出能游动、滑翔、爬行的多模态机器人，并利用双稳态手性超材料结构，在0.75秒内实现了从游动到走动的快速转换，适应不同的海底地形和任务需求。
为了验证机器人的性能，研究团队在马里亚纳海沟等多地形、全海深的地点进行了14次实地测试。结果显示，深海低温高压下机器人的运动性能可以媲美甚至超越实验室常温常压下的运动性能，并成功实现了预期的多模态运动。
针对软体生物安全抓取的难题，团队又提出了一种穿戴式深海柔性抓持器设计方法：在抓持器接触面上引入分布式微型手性结构，降低了被抓物体表面的接触应力集中，提高了抓持安全性。该抓手已成功完成了3400米深海环境下对海星、海参、海胆等软体海洋生物的无损抓取和采样，移动吨级着陆器开箱操作等一系列深海任务。
该成果在国际学术顶刊《科学·机器人》上发表。目前，团队正朝着“深海柔性机器人+AI”的研究方向进发，为深海智能作业开拓更多可能。未来，他们还将聚焦提升深海小型机器人的续航能力和运动效率，在更大范围的深海开展探测和监测。
来源：北京日报客户端
记者：何蕊