曲绍兴

浙江大学工程力学系, 杭州 310027

深海中极高静水压力给人类探索与作业带来巨大挑战, 例如在马里亚纳海沟10 900米深处,静水压高约110兆帕, 接近于1100个大气压. 因此, 深海机器人与机电装备通常需要高强度外壳(如钛合金)或压力补偿系统来保护. 最近, 浙江大学航空航天学院交叉力学中心李铁风教授团队, 提出了由软硬融合方式构造机电系统、力电耦合软体智能材料提供驱动的软体机器人设计方法, 证实了该类软体机器人与智能材料可适应极高静水压力, 成功实现了软体机器人无需耐压外壳在马里亚纳海沟10 900米海底自带能源驱动(图1 a), 以及在南海3224米深海游动(图1 b), 为世界首次. 论文以“Self-powered soft robot in the Mariana Trench”为题, 于2021 年3 月4 日作为封面文章发表在《Nature》杂志上(Li et al. 2021).

图 1

为了应对深海中极高静水压力, 深海机器人通常由高强度外壳(如钛合金)或压力补偿系统来保护其电子设备与驱动机构(Umapathy et al. 2019), 而以深海狮子鱼为典型代表的生物, 能很好适应极高水压在深海中生存(Wang et al. 2019). 近年来科学家们开始关注研究具有仿生设计的水下软体机器人. 各类软体智能材料与结构, 如介电弹性体、响应水凝胶和流体软腔道等也被应用到水下软体机器人中, 用于实现扑翼、波动、喷射等推进动作. 然而, 当这些具有柔软驱动机构的机器人用于深海时, 其动力和控制电子系统仍需要坚硬外壳保护来抵抗水压, 从而限制了其柔顺性和轻便性. 若软体机器人无需硬质耐压结构保护能自身……