北航小型多模态机器人 朝万米深海进发
一台身长不到50厘米、体重仅1500克的机器人，不仅能承受万米深海底的巨大压强和接近冰点的温度，还能行动自如，甚至能将尾鳍变化成腿，在海底“漫步”。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，历经6年共同研发的深海小型多模态机器人成果发表在国际学术顶刊《科学·机器人》上。这一成果为深海探索带来了更多可能性。
图为2021年北航机器人于马里亚纳海沟释放
蝙蝠鱼通过巧妙的鳍肢运动，在深海中自由游弋、行走。研究团队正是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，并利用手性双稳态超材料结构实现0.75秒内的游动-走动快速转换，适应不同的海底地形和任务需求。北航研究团队负责人文力教授介绍说。
“1万米深海压强对于小机器人来说，相当于压了一座小型冰山。”据文力介绍，在深海的高压下，柔性驱动器材料的模量增加，类似肌肉的“僵化”，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，研究团队在多次尝试后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。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，从而“化腐朽为神奇”，成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，使得机器人在深海中能够实现更高的驱动速度和幅度，在压力中释放出惊人的动力。
图为北航参试学生左宗灏随“深海勇士号”载人深潜器下潜测试
针对2-4℃低温这一深海环境难题，研究团队还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。
为了验证机器人的性能，研究团队在多个深海地点进行了实地测试。在几年的测试时间中，机器人搭载“深海勇士号”和“奋斗者号”载人深潜器完成了包含海马冷泉（1384米）、龙西海山（3756米）和马里亚纳海沟（10666米）在内的多地形、全海深的共计14次部署测试，其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。目前，团队正朝着深海柔性机器人+AI的研究方向努力，为深海智能作业提供更广阔的空间。
文/北京青年报记者 雷嘉
编辑/张丽
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