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之江實(shí)驗(yàn)室高級(jí)研究專員李國(guó)瑞的科研之路,,和仿生魚(yú)緊緊連在一起,。從提出有意思的創(chuàng)意,到成功通過(guò)海試,這條“魚(yú)”終于“游”向了深海,。他說(shuō),堅(jiān)持到現(xiàn)在,,是科研的趣味,、成就感、喜悅感支撐了他,。
在世界最深的馬里亞納海溝,,萬(wàn)米海底處,一條柔軟的“魚(yú)”在輕輕撲翼,。這條仿生魚(yú),,源自李國(guó)瑞10年前的創(chuàng)意。那時(shí),,他還是一名大學(xué)生,。如今,他已是浙江杭州之江實(shí)驗(yàn)室智能機(jī)器人研究中心高級(jí)研究專員,。這條“魚(yú)”,,也“游”向了深海,“游”上了《自然》雜志封面。
李國(guó)瑞(右二)和團(tuán)隊(duì)成員在做實(shí)驗(yàn),。趙新原攝
創(chuàng)新,,讓軟體機(jī)器人一步步游向深海
在李國(guó)瑞的手機(jī)里,記者看到10年前“魚(yú)”的雛形:與現(xiàn)在這條仿生魚(yú)類(lèi)似的藍(lán)白兩翼,,更短更圓,,連著一個(gè)簡(jiǎn)陋的控制器�,!澳菚r(shí),,我在哈爾濱工程大學(xué)就讀,學(xué)校倡導(dǎo)科技創(chuàng)新,,我覺(jué)得水下機(jī)器人有意思,,就在大一暑假琢磨著做了一個(gè)仿生魚(yú)雛形,能遙控它在水里游動(dòng),�,!崩顕�(guó)瑞說(shuō)。
大學(xué)畢業(yè)后,,李國(guó)瑞考入浙江大學(xué)航空航天學(xué)院交叉力學(xué)中心讀研,。導(dǎo)師黃志龍教授看到他做的水下機(jī)器人后,建議他跟著軟體機(jī)器人與智能裝備實(shí)驗(yàn)室的李鐵風(fēng)教授學(xué)習(xí),。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的科研強(qiáng)項(xiàng)之一,,就是軟物質(zhì)和智能軟材料。李鐵風(fēng)建議:深化這條“魚(yú)”的性能,,攻關(guān)智能軟體水下機(jī)器人,。
2017年,李國(guó)瑞課題組做出電驅(qū)動(dòng)的水下機(jī)器人,,綜合性能相當(dāng)好——游速快,、全透明、低噪音,。成果發(fā)表在《科學(xué)》子刊上,,還登上浙大官網(wǎng)首頁(yè)。
接下來(lái)朝哪個(gè)方向研究,?李鐵風(fēng)和他一起分析:深海水壓那么高,,海洋生物為什么能經(jīng)受住壓力生存?這或許說(shuō)明在深海環(huán)境,,軟材料比鋼鐵更具優(yōu)勢(shì),。
于是,下一步方向有了:開(kāi)始研發(fā)深海軟體機(jī)器人,!帶著這個(gè)異想天開(kāi)的創(chuàng)意,,李國(guó)瑞開(kāi)始了一步步的探索,。
探索,將“生命之秘”化作“機(jī)器之力”
在深�,?瓶贾�,,深海機(jī)器人必須有高強(qiáng)度的金屬耐壓容器保護(hù),才能抵抗巨大的壓力,。
“造一條能在馬里亞納海溝游泳的機(jī)器魚(yú),。”李國(guó)瑞興致勃勃,。馬里亞納海溝是已知的海洋最深處,,低溫、寂靜,,水壓極高。
在馬里亞納海溝6000—11000米之間,,生活著一種獅子魚(yú),,它的骨骼分布在凝膠狀柔軟的身體中。從獅子魚(yú)身上,,李國(guó)瑞獲得靈感:“要是將單薄的電子元器件離散分布,,并嵌入柔軟的硅橡膠中,扛住高壓,,不就能擺脫傳統(tǒng)深海機(jī)器人必用的抗壓外殼了嗎,?”
深海獅子魚(yú)的“生命之秘”化作了“機(jī)器之力”。最后成型的仿生軟體智能機(jī)器魚(yú),,形似一條深海獅子魚(yú),,長(zhǎng)22厘米,翼展寬度28厘米,,大小如一張A4紙,。兩個(gè)會(huì)撲動(dòng)的側(cè)鰭,與軀體的“肌肉”相連,。當(dāng)機(jī)器人電池發(fā)出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)“肌肉”時(shí),,這些“肌肉”便會(huì)舒張,通過(guò)節(jié)律性撲翅實(shí)現(xiàn)游動(dòng),。
2019年12月,,仿生魚(yú)潛至馬里亞納海溝深處。海試影像記錄顯示,,在馬里亞納海溝10900米的地方,,仿生魚(yú)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定撲翼驅(qū)動(dòng)。2020年8月27日,,仿生魚(yú)在南海3224米深處成功游泳,。
這條“魚(yú)”能“游”上《自然》雜志封面,,在于它的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值。目前,,深海機(jī)器人的抗壓外殼成本高昂,。仿生魚(yú)又輕又靈巧,重量還不到200克,,而且成本遠(yuǎn)低于現(xiàn)有的深海機(jī)器人,。“軟體機(jī)器人有很多特殊優(yōu)勢(shì),,對(duì)復(fù)雜環(huán)境,、極端環(huán)境、惡劣環(huán)境適應(yīng)性都好,�,!崩顕�(guó)瑞說(shuō),未來(lái)或?qū)⒖吹�,,軟體機(jī)器人深入有待探索的深海區(qū),,在珊瑚礁、水下洞穴中穿行,,參與海洋監(jiān)測(cè),、海洋污染清理和預(yù)防、海洋生物多樣性保護(hù)等諸多工作,。
堅(jiān)持,,在挫折的苦后體味成功的甜
圓臉,笑容陽(yáng)光,,背著雙肩包——李國(guó)瑞出生于1990年,,是一名90后科學(xué)家。
90后科學(xué)家向往什么,?李國(guó)瑞向往活潑的生活,,“我的生活太單調(diào)了,除了科研,,還是科研,。而且,做科研有很多‘痛苦’,�,!�
“做這條仿生魚(yú),苦苦堅(jiān)持才成功,�,!崩顕�(guó)瑞原本估計(jì)一年做成功。沒(méi)想到,,這一做就是3年,。
2018年到2019年,,李國(guó)瑞經(jīng)常去上海海洋大學(xué)做模擬深海試驗(yàn)。沒(méi)想到,,深海這個(gè)完全陌生的領(lǐng)域,,給了他悶頭一棍。
各種各樣的失敗接踵而來(lái),。元件壓壞,,人工肌肉不能驅(qū)動(dòng)�,!昂煤玫娜斯ぜ∪�,,按理不怕壓力。但一到深海環(huán)境,,驅(qū)動(dòng)就失效,。是電的原因,還是機(jī)械原因,?”李國(guó)瑞說(shuō),,光弄清這個(gè)問(wèn)題就足足折騰了一年,才確定是材料特性——高壓和低溫下,,會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)失效。
“每次深海裝備試驗(yàn),,只能排除一個(gè)科學(xué)問(wèn)題,,然而試驗(yàn)成本卻十分昂貴。每次回到課題組匯報(bào)試驗(yàn)的失敗情形,,其實(shí)都需要一定的勇氣,。”回憶“痛苦”的闖關(guān)經(jīng)歷,,李國(guó)瑞忍不住笑了,。
因?yàn)橐粭l“魚(yú)”,李國(guó)瑞的生活更“無(wú)趣”了,。申請(qǐng)出國(guó)交流兩年,,去了3個(gè)月,他就趕回國(guó)繼續(xù)做實(shí)驗(yàn),。2019年做海事試驗(yàn)前,,他將器械理好給合作方,當(dāng)天啟程去外地開(kāi)會(huì),。沒(méi)想到路上接到電話:電池短路了,。他當(dāng)晚就趕回杭州,重新準(zhǔn)備海試器件,。
“但這趟折返太值了,,馬里亞納海溝的萬(wàn)米海試,,就是在這次做成功的�,!崩顕�(guó)瑞慶幸地說(shuō),。
2020年8月,李國(guó)瑞和團(tuán)隊(duì)到南海試驗(yàn),,在海上漂泊多日,,其間還遇到了臺(tái)風(fēng)。李國(guó)瑞回憶說(shuō):“船跟著浪一直搖,,人都暈乎乎的,。臺(tái)風(fēng)過(guò)后,夜里海況條件轉(zhuǎn)好,,我們馬上開(kāi)始試驗(yàn),。凌晨3點(diǎn),我們?cè)谥骺厥依锒⒅鴻C(jī)器魚(yú),,看著它在海底張翼,,成功完成預(yù)定游動(dòng),那一刻實(shí)在太激動(dòng)了,。雖然做科研有很多‘痛苦’,,但‘痛苦’之后的快樂(lè)是巨大的!”
李國(guó)瑞笑著說(shuō):“做自己擅長(zhǎng)的工作,,才能做得更好,。盡管做科研免不了挫敗和‘痛苦’,但堅(jiān)持到現(xiàn)在,,還是科研的趣味,、成就感、喜悅感支撐了我,�,!�
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