中國教育報-中國教育新聞網訊（通訊員 馮浩 記者 梁丹）在地球最深處——馬里亞納海溝的萬米深淵，壓強相當于一個指甲蓋上站了一頭一噸重的犀牛，溫度接近冰點。此前，能到達這里的深海機器人，多為重量達數噸的剛性體大型潛航器，對于身長1米以內的小型機器人而言，這里的極端環境會使它們“肌肉僵化”、舉步維艱，曾一度是“禁區”。

如今，一臺身長不到50厘米、體重僅1500克的“小精靈”翩然而至，在深海高靜水壓下安然無事。它時而擺動尾鰭如游魚穿梭，時而展開背鰭如海燕滑翔，甚至能將尾鰭變化成腿，在海底“漫步”。

這一能在萬米深海實現多模態運動的小型深海可變形機器人，由北京航空航天大學（以下簡稱“北航”）機械工程及自動化學院研究團隊聯合中科院深海所、浙江大學，歷經6年共同研發而來，研究成果于3月20日發表在國際學術頂刊《科學·機器人》（Science Robotics），同時被Science Robotics官網首頁大圖介紹。

據了解，研究團隊從蝙蝠魚的運動模式中汲取靈感，設計出了這一能夠游動、滑翔、爬行的多模態機器人：在游動模式下，機器人通過尾鰭的擺動產生推力，如魚得水般穿梭，最高速度可達5.5cm/s；在滑翔模式下，展開的背鰭利用水的升力實現長距離滑行，宛如深海中的海燕，輕盈而優雅；在爬行模式下，機器人利用各向異性足部設計，能夠實現3cm/s的沙地行走，穩健而靈活。這種多模態運動能力，使機器人能夠在復雜的深海環境中靈活應對，成為深海探索的多面手。

“10000米深海壓強對于小機器人來說，相當于壓了一座小型冰山。”提起研發過程中面臨的壓強難題，北航研究團隊負責人文力教授打了個生動的比喻。在深海的高壓下，柔性驅動器材料的模量增加，類似肌肉的“僵化”，會導致驅動幅值與速度的衰減，削弱機器人的運行性能。

為了克服這一挑戰，研究團隊設計出了全新的深海驅動裝置：利用雙穩態手性超材料結構在兩個穩態之間切換時的快速突跳（snap-through），實現高效驅動。這種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，“化腐朽為神奇”，成為提升機器人驅動性能的助力，克服了以往柔性材料驅動器在深海環境下性能衰減的困難，使得機器人在深海中能夠實現更高的驅動速度和幅度，如同深海中的“風火輪”，在壓力中釋放出驚人的動力。

針對2-4℃低溫這一深海環境帶來的另一難題，研究團隊巧妙利用在低溫環境下可實現高頻循環主動變形的形狀記憶合金進行拮抗驅動。利用形狀記憶合金的形狀記憶效應，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態突跳切換，從而實現驅動器的快速循環擺動。進一步，通過有限元仿真、實驗室環境測試及高壓罐實驗等方法，系統優化了驅動器關鍵結構參數，最終實現了靜水壓力對驅動性能的正向強化，顯著提升了驅動器的擺動速度與幅值。最后，通過硅油填充的硅膠管、柔性油囊等封裝技術，實現了形狀記憶合金驅動器、電路板和能源系統的壓力自補償封裝。

為了驗證機器人性能，研究團隊在多個深海地點進行了實地測試。在幾年的測試時間中，機器人搭載“深海勇士號”和“奮斗者”號載人深潛器完成了包含海馬冷泉（1384m）、龍西海山（3756m）和馬里亞納海溝（10666m）在內的多地形、全海深的共計14次部署測試。

目前，團隊正朝著深海柔性機器人+AI的研究方向努力，為深海智能作業提供更廣闊的空間。未來，研究團隊將致力于聚焦提升深海小型機器人的續航能力和運動效率，實現更大范圍的深海探測和監測，為海洋資源開發、考古發掘、環境監測等領域提供更多的北航方案、中國方案。