几十年来,研究人员一直在设计深海探索的新方式。如今,一组机器人专家从奇异的深海生物汲取灵感,构建了一种新型软体探测器。这种柔软的无缆机器人可以在深海缓慢遨游。它的软体结构设计足以克服深海探索面临的最艰巨的工程学挑战——压力。
大部分深海探测器使用超坚固的刚性材料或压力补偿系统,但这些装置有时候大而笨重,一旦失灵会导致严重故障。
这些研究人员认为软体机器人或是很有希望的替代选择。柔性材料可以在压力下挤压变形,不易折断,发生严重故障的风险较低。这个机器人几乎全身都是柔性的,连驱动轻柔扑翼的电机也是一个柔性盘,遇到电脉冲时会收缩,有点像人造肌肉。
但软体机器人也需要机载控制装置和电源才能远程作业。如果没有厚重的保护壳,这些电子元器件有时无法在压力下正常工作。为解决这一问题,研究人员向演化寻找答案,特别是马里亚纳狮子鱼。
这种幽灵般的软体生物是迄今发现生存环境最深的鱼。CT扫描显示,它的骨骼结构很特别。和大多数鱼不同,马里亚纳狮子鱼的头骨是开放的,多少分散在整个头部。这种结构被认为能帮它抗压,引起了机器人设计师的思考。他们假设将脆弱的电子器件分散布置,也能减少每个零件承受的压力。
团队模拟了分离电池和部分控制结构会产生的影响,这似乎确实能减少组件交界处的压力。接下来就要建造和测试这个机器人了。这个机器人能在实验室的一个压力室正常工作,先绕圈游泳,再自由泳。
为了对这个压力室的压力有一个概念,可以看看这个绿色的泡沫圆柱体。在大气压下,它的直径是6厘米,在模拟深海的压力下,它被挤到直径小于1.5厘米。实验室的实验很鼓舞人,但只有把它放到外面才是真正的测试。
先在一个湖里进行开阔水面的首次试游泳 ,它在水面下约70米处运行良好。下一步,借助常见的远程操控装置把它带到中国南海水面下3千米处,它仍能正常游泳。
但要真正测试它的实力,还需要把它带到地球上的最深处——马里亚纳海沟。这个机器人被绑在一个深海探测器上,随其下潜至近11千米处。这里的压力相当于一个人的背上背了50架喷气式客机。虽然没有让它在这里自由泳,但这个小家伙扑翼了45分钟,能够顶住巨大压力正常工作。
目前看来,这个机器人动作还很慢,很简单,不够灵活。但研究人员认为这是一次原理验证。他们认为可以添加其他的分布式电子器件,譬如让它更智能的传感器,而新的设计或能让它更强大,功能更丰富。时间会带来答案,但谁知道呢,也许硬核深海探索的未来靠的是软实力。