萧箫 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI
让指尖承受1吨重量 ， 这样的压力能Hold住吗？
来自浙大的机器鱼 ， 就确实做到了——不仅承受住了10000米深海的巨大压强 ， 还在其中自如游动了45分钟 。
而且只有这么小（身长22厘米 ， 展翅28厘米）：
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【浙江大学|浙大机器鱼登《自然》封面！22cm身段，探索地球最深海沟】在以往 ， 科学家们要是想探索万米以下的海沟 ， 所采用的装置通常得这么大：
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这些装置材料不仅得有足够的强度（如钛合金）、厚度 ， 或是自带巨大的压力补偿系统 ， 才能承受住万米深海的重压 。
浙大的这条机器鱼 ， 打破了传统深海探测装置“硬刚”的方法 ， 首次实现了在万米深海中 ， 自能源软体机器人自主游动的能力 。
这项研究 ， 现在登上了Nature封面 。
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为什么这么能抗压？
传统的水下航行器 ， 通常需要用高强度金属材料来制成外壳 ， 对航行器进行保护 。
随着水域越来越深 ， 外壳的厚度和尺寸也需要得到相应提升 ， 机器就会越来越大 。
然而 ， 在海洋最深处的马里亚纳海沟 ， 却仍然生存着数百种生物 ， 其中就包括一种名为钝口拟狮子鱼（Pseudoliparis swirei）的生物 ， 体型并不大 。
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这种狮子鱼没有坚硬的外壳 ， 却还能在水中自如游动 。
从图中可以看见 ， 它的头部非常大 ， 但能承受住深海的重压 。
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这是怎么做到的？
研究人员对它的身体结构进行了分析 ， 发现这种鱼的骨骼 ， 细碎地分布在柔软的凝胶状身体中 。
这也解释了为什么传统电路结构在深海中极易出现故障——
通常 ， 运行机械系统的电路结构 ， 会被密集地封装在一整块印刷电路板（PCB）上 ， 一旦承受的压力增大 ， 电路板接口就容易出问题 。
例如 ， 下图是一块完整的电路板 。 如果施压过大 ， 电路板和电路元件之间的接口就非常容易损坏 。
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但如果将电路板 ， 像鱼的骨骼那样“拆开打碎” ， 分装在几个更小的电路板中呢？
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事实证明 ， 这样做所带来的效果非常显著 ， 将压力分散到了更小的电路板中 。
但这样还不够 ， 因为电路板上的元件分布太密集 ， 不足以承受深海中的压力 。
研究人员又重新设计了电路 ， 尽可能将元件分散 ， 将相邻元件之间的距离增加了6倍 ， 变成2.4mm（图中d的大小） 。
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这样 ， 做出来的电路结构 ， 在硅树脂（电绝缘、耐温、防水）的包裹下 ， 能承受巨大的压力 。
除此之外 ， 还得让鱼在高压下前行 。
为了达成这一目的 ， 研究人员想到了用电势差的方法：利用海水作为离子导电负极 ， 用机器鱼自带能源在“翅膀”内外侧产生电势差 。
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这样 ， 人工“翅膀”（高分子薄膜）就能发生形变 ， 使得翅膀上下拍动 ， 推动机器鱼前行 。
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这项研究由浙大的李铁风团队完成 ， 共同一作为浙大研究员李国瑞、博士研究生陈祥平和周方浩 。
在这个机器鱼实现之前 ， 还没有科学家在深海实现过这种自供能驱动的软体机器人 。
李国瑞表示：“这种软体机器人无需耐压外壳 ， 便能承受万米级深海静水压力 ， 大幅降低了深海探测的难度和成本 。 ”
曾发明最快仿生软体机器鱼
事实上 ， 早在2017年 ， 李铁风团队就曾经制造过当时世界最快的仿生软体机器鱼 ， 研究登上Science子刊 。
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这种机器鱼参考了蝠鲼的设计 ， 全长9.3厘米 ， 可以以每秒6厘米的速度 ， 游上3小时 。
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同样 ， 它也采用了“电子肌肉”的设计：上下两层是透明高弹体薄膜 ， 中间是导电材料 。
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随着“电子肌肉”通电 ， 这条软体机器鱼就能在红外线的操控下 ， 实现前进等各种动作 。
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而且 ， 这种鱼类的主要结构 ， 还能通过3D打印技术直接成型 。
“科研就像升级打怪一样”
这项研究的共同作者有三位 ， 分别是浙大之江实验室的科研人员李国瑞、博士研究生陈祥平、周方浩 ， 通讯作者为李铁风 。
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△主要作者李国瑞 ， 陈祥平 ， 周方浩 ， 梁艺鸣与李铁风 ， 图源浙江大学
发明这个深海软体机器鱼的想法 ， 源于李铁风和李国瑞在机器人顶会ICRA上的一次讨论 。
这在当时 ， 提出这样的设想 ， 会面临非常大的压力 ， 因为此前 ， 还没有人成功做出过这样的软体机器人 。
过程中 ， 李国瑞失败过很多次 ， 自述“每半个月就会做一次机器压力测试 ， 做前都是信心满满 。 然而 ， 几乎每次都会出现各种各样的问题 。 ”
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△图源之江实验室
而且 ， 在马里亚纳海沟实施最终海试时 ， 团队还在南海遇到了超强台风 。
但最后 ， 团队还是克服困难 ， 成功完成了深海测试 。
李国瑞形容 ， 科研过程就像是“升级打怪” ， 遇到各种bug ， 都是非常正常的事情 。
他认为 ， 每解决一个bug ， 都可以看成是向成功前进一步 ， 如果不放弃 ， 就能实现最终的目标 。
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