時而擺動“尾鰭”游動，時而展開“背鰭”滑翔,，還能用足部爬行……一臺身長不到50厘米,、體重僅2.7千克，能在萬米深海實現(xiàn)多模態(tài)運動的小型機器人(上圖為示意圖,，受訪團隊供圖),，是由北京航空航天大學研究團隊聯(lián)合中國科學院深海科學與工程研究所,、浙江大學歷經6年研發(fā)的,，相關研究成果近日發(fā)表在國際學術期刊《科學·機器人》。
深海海底地形地貌復雜,，如何讓機器人擁有適應環(huán)境的多模態(tài)運動能力,？深海的蝙蝠魚能夠通過巧妙的鰭肢運動自由游弋、行走,，為科研團隊提供了仿生靈感：一臺能夠游動,、滑翔、爬行的多模態(tài)機器人“誕生”了,。游動模式下,，機器人通過“尾鰭”擺動產生推力，最高速度可達每秒5.5厘米,；滑翔模式下,，展開的“背鰭”利用水的升力實現(xiàn)長距離滑行；爬行模式下,，機器人利用各向異性足部設計,，能夠實現(xiàn)每秒3厘米的沙地行走。
北航機械工程及自動化學院教授文力介紹，研究團隊設計出全新的驅動裝置：利用雙穩(wěn)態(tài)手性超材料結構在兩個穩(wěn)態(tài)之間切換時的快速突跳,，實現(xiàn)高效驅動,。快速突跳的速度和幅度會隨著結構材料模量的增加而增加,，巧妙地將深海高壓對軟材料的負面影響扭轉為正面影響,，助力機器人驅動性能提升。針對深海低溫挑戰(zhàn),，研究團隊利用在低溫環(huán)境下可實現(xiàn)高頻循環(huán)主動變形的形狀記憶合金進行拮抗驅動,，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(wěn)態(tài)突跳切換,，從而實現(xiàn)驅動器的快速循環(huán)擺動,。
北航機械工程及自動化學院院長丁希侖說，機器人能夠適應不同的海底地形和任務需求,，可以為海洋資源開發(fā),、考古發(fā)掘等提供助力。未來,，通過搭載小型攝像頭及傳感器,，還可以實時監(jiān)測地質活動與生物群落等。
為驗證機器人性能,，研究團隊在海馬冷泉,、馬里亞納海溝等多個深海地點進行了實地測試。測試中,，機器人成功頂住深海低溫高壓,，實現(xiàn)預期的多模態(tài)運動。文力介紹,，研究團隊正朝著“深海柔性機器人+人工智能”的研究方向努力,。
(馮浩參與采寫)
