4年前，當時30歲的浙江大學流體動力與機電系統國家重點實驗室、工程力學系教授李鐵風及其同事從蝠鲼（又稱“魔鬼魚”）中獲得靈感，設計了當時全球游得最快的軟體機器魚。時隔4年，李鐵風團隊再次受超深淵中的獅子魚啟發，獲得重大進展。

北京時間3月4日凌晨，頂級學術期刊《自然》（Nature）以封面文章的形式刊發了由浙江大學、中國科學院深海科學與工程研究所、國防科技大學、上海海洋大學、大連海事大學等團隊聯合完成的一項研究，題為“Self-powered soft robot in the Mariana Trench”。

研究團隊設計了一款能進行深海勘探的自供能仿生軟體智能機器魚。在測試中，該機器魚能在馬里亞納海溝10900米深處成功驅動，還能在南海3224米處自由游泳。

李鐵風為論文的通訊作者。其主要研究方向為軟物質力學，智能材料結構設計、軟體機器人、水下智能裝備、醫療康復裝置等，提出通過控制力電失穩實現極大電致變形的驅動理論。在Sciennce Advances、Advanced Materials 等期刊上發表論文50余篇，論文引用2000余次。獲國家自然科學基金優秀青年基金、中國科協青年人才托舉工程、科學探索獎（前沿交叉領域）、麻省理工科技評論科技創新35人（MIT TR35-China）等榮譽。

海洋占地球表面的70%以上，但目前人類的探索仍局限在較淺的海洋深度，由于深海環境壓強極高，在那里工作的機械系統一般需要剛性的身體和壓力補償系統，因此深海基本上仍是未知區域。

然而，生活在中等海洋深度(1000米左右)的軟體生物，如章魚和水母，它們沒有龐大或厚重的耐壓身體，卻依然能夠在海洋深處游刃有余。這些軟體生物是軟體機器人研究的最初靈感來源，并已被廣泛研究，它們的深海中的適應性啟發了水下軟機器人的設計。

研究團隊認為，優雅的軟體機器人設計為深海探測提供了途徑。他們在論文中提到，最近的研究表明，具有拍打、波動和噴射等推進模式的軟體機器人表現出了優異的游泳性能，盡管它們的執行器很軟，結構也很靈活，但這些機器人的動力和控制電子設備仍然需要龐大而堅硬的容器來保護它們免受極端壓力。一種沒有剛性容器、能夠在極端深度的海洋中游泳彈性軟體機器人，目前還沒有開發出來。

李鐵風等人將靈感目標鎖定在超深淵帶。在海洋學上，透光層以下的區域常被定義為深海，深度一般在200米以下。按照深度不同進一步將其劃分為中層帶、深層帶、深淵帶與超深淵帶。獅子魚就是超深淵“居民”，中國科學院深淵科考隊就曾在馬里亞納海溝和雅浦海溝通過著陸器獲取過7000多米海底的多個獅子魚樣本。

研究團隊即受到超深淵獅子魚身體構造的啟發。論文中寫道：這條魚的身體特征包括分散式骨骼和擺動的胸鰭，這些特征指導了我們深海軟體機器人的動力、控制和DE（介電彈性體）執行器的機械設計。

他們開發了一款能進行深海勘探的仿生軟體機器魚，整體有22厘米長（身長11.5厘米、尾長10.5厘米)，翼展寬28厘米。該機器魚被設計成一個魚形的身體形狀和兩個拍動的側鰭，擁有機載電源、操控力以及水下自推進的能力。機器魚兩翼與身體上的“肌肉”相連，它們由一種凝膠狀軟材料制成，可以將電能轉化為機械功，當機器魚電池的電流作用于肌肉時，肌肉就會舒張與收縮形變，由此帶動兩翼拍動驅動機器魚。

在《自然》同步在線發表的觀點文章中，新加坡國立大學的Cecilia Laschi寫道，李鐵風及其同事面臨的挑戰之一是找到一種方法來保護機器人的電子組件不受高壓的影響。而研究團隊正是從超深淵獅子魚的骨骼中獲得靈感，他們將電子器件分開排列，而不是像其他電子設備那樣將它們集中在一起。研究還提到，從單個印制電路板(PCB)上分離所有組件在技術上是困難的，因為它們數量龐大，為此他們還增加了相鄰電子器件之間的距離。

Laschi在上述觀點文章中提到，實驗室測試和模擬表明，這種排列降低了受壓電子器件之間界面的應力。然后，這些分散的電子設備被嵌入到硅膠中，與機器魚結合在一起。“這種方法比其他保護深海設備電子器件的方法更實用，也更便宜。”

李鐵風等人首先在大量的模擬實驗中驗證了材料和結構的可行性。隨后，機器魚被“Blue Rov”水下無人機帶入水中，在70米深的湖中進行了測試，在那里它以每秒3.16厘米的速度自由游動。研究團隊還使用“海馬”號深海遙控潛水器的機械臂將軟體機器魚攜帶至南海約3224米深的地方進行了測試，它可以自如游泳，達到了每秒5.19 厘米的速度。該軟體機器魚還由深海著陸器帶至馬里亞納海溝，在10900米深處的一個現場試驗處驅動成功。在測試中，研究團隊沒有將機器人從著陸器上釋放，在沒有壓力容器的情況下，機器魚在2500毫安鋰電池的驅動下，保持拍打45分鐘。

研究團隊總結表示，未來的工作將專注于開發軟體輕質的材料和結構，讓用于極端條件下的裝置具有更好的智能性、通用性、操縱性和效率。

Laschi在上述觀點文章則提到，李鐵風等人的研究獲得了突破，嵌入軟材料中的分布式電子元件取代了電子元件的剛性保護外殼，為開發新一代深海探險者鋪平了道路。他同時提到，在這種設計的機器人進入海洋之前，還有更多的工作要做，這包括水下機器人的速度、承受較大擾動的能力，以及移動能力，這些都需要進一步優化以適應實際應用。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-03153-z