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中国科学院院士、固体力学专家杨卫：“以柔克刚”策略研制深海软体机器鱼(今日财经：#“以柔克刚”策略研制深海软体机器鱼#解读)
财经资讯
2023-04-26 18:43:22
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中国科学院院士、固体力学专家杨卫：“以柔克刚”策略研制深海软体机器鱼
动物具有长期学习形成的经验，这些经验为人类技术发明提供了源源不断的创新灵感。而科学家的研究，在自然与技术之间架起了一座联结彼此的桥梁。
中国科学院院士、固体力学专家杨卫在“科学与中国”走进大湾区暨第十一届院士专家巡讲系列活动中分享了其团队如何从深海狮子鱼获得灵感，并造出能在深海作业的机器人的故事。
想要生存在被喻为“地球第四极”海洋深处的马里亚纳海沟，生物需要承受110兆帕的压力，相当1100个大气压强。“我们知道，走到深海中往往需要很厚的防护壳。但是有一种狮子鱼可以在八千多米的深海中自由游弋，它的身体非常柔软。”谈及狮子鱼的独特结构，杨卫说：“但是这种鱼和普通的鱼有几点不同。第一，它没有空腔，全身都肉嘟嘟的；第二，它所有的骨头和刺都又细又长，非常柔软；第三，它的头骨不是整片状的，而是很多细小的骨架通过柔软的琼脂包裹在一起。在深海的高压下，深海狮子鱼这样的结构使得其柔软的部分基本不会受到三维静水压的影响。”
“深海狮子鱼可能出现问题的地方在于其身体软和硬的部分的交界面，但是如果能够将其剪应力控制在一定范围内，深海狮子鱼是可以存活的。所以，如果想要在深海中不需要防护就能存活，就需要物体中所有硬的部分都‘化整为零’，并且用柔性的材料将其连接。”杨卫讲解道。
基于狮子鱼头部骨骼在软组织中的分散融合这一特点，杨卫的团队采用了“以柔克刚”的策略研制出仿生软体机器鱼。这款软体仿生机器鱼长22厘米，翼展宽度28厘米，大约为一张A4纸的长宽，其各个信息获取装置，比如摄像机、能够在压力下存活的能源装置等则分布在全身，并整体封装在一种柔性有机硅材料中，无需耐压外壳就能够承受万米级别的深海静水压力。
针对仿生机器鱼的未来应用，杨卫介绍：“这个项目在将来还可以进一步推广，比如应用于深海的无人传播结构中。”
除深海机器鱼外，杨卫还介绍了他们团队近期正在研究的足式机器人。“虽然人类造机器人所使用的材料和部件，包括电机、电池等各类动力来源，要比动物肌肉的能量密度更高，但是这类机器人奔跑的速度远远不及动物本身，甚至只有动物的一半”，杨卫解释道，“为什么会有这样的现象？关键在于两个方面。第一点在控制方面，动物具有长期学习所形成的经验，但是我们做的足式机器人每一步都要重新学习。所以我们必须采用人工智能的办法，对以往的经验进行深度学习，这样在遇到具体情况时才能‘条件反射’式地做出步态调整。”
“第二点在于利用耦合力学方面的知识，比如惠更斯耦合摆，无论我们给出什么样的初始条件，它都可以协调成统一的步态。在本征动力学的驱动下，我们正在设计新一代的足式机器人，他将会能够以10m/s的速度进行奔跑。”杨卫谈到。
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