仿生軟體機器人，或許會像無人機顛覆空戰(zhàn)格局一般，成為海洋探測領(lǐng)域超越傳統(tǒng)深潛機器人的霸主。

　　海洋的深處有什么？在幽深的海底，各種奇特的深海生物繁榮昌盛。但對于人類，深海探索長期以來都是工程技術(shù)領(lǐng)域的難題，各種人造結(jié)構(gòu)想要抵御深海壓力，就不得不首先具備厚重的承壓外殼。

　　不過，一群來自浙江大學(xué)和之江實驗室的中國科學(xué)家卻反其道而行之，他們從一種神奇的深海魚類身上汲取設(shè)計靈感，制作了以柔性結(jié)構(gòu)作為主體的深海機器人，它成功克服1000個大氣壓的極端高壓，在10900米的世界最深海溝底部自在游動。

　　這項成就以封面報道的形式登上了2021年3月的《自然》雜志。

　　難以企及的海底最深處

　　由于探索困難，人類對深海知之甚少，這片廣闊的領(lǐng)域?qū)嶋H上仍然是尚待開發(fā)的處女地。海洋地理學(xué)上把6000米以下深度的海洋稱為超深淵帶，這里物種的數(shù)量與多樣性都無法和淺海地區(qū)相提并論。

　　1960年，人類的足跡首次達(dá)到地球洋底最深處——距離海平面10900米的馬里亞納海溝底部。這里的水壓大約為103兆帕，相當(dāng)于海平面大氣壓的1000倍。形象一點說，這個數(shù)值下的壓強好比是一頭北極熊站在一張郵票上，或者相當(dāng)于一個人背著50架波音737客機。

　　如此巨大的壓力對于人類現(xiàn)有的工程設(shè)備而言是一個嚴(yán)酷挑戰(zhàn)，因此傳統(tǒng)的深海機器人和載人深潛器都具有厚重的外殼，即便如此，也仍然要冒著因材料或者結(jié)構(gòu)缺陷造成外殼潰破的風(fēng)險。正因為難度如此之高，人類突破深海與進(jìn)軍太空的時間，基本處于同一年代。

　　獅子魚，機器人的靈感來源

　　不過，對于人類而言至難的偉業(yè)，對于深海魚類來說卻是稀松平常的事。目前，魚類捕獲深度的世界紀(jì)錄保持者是一只神女底鼬鳚，它于1970年在波多黎各海溝8370米深處通過拖網(wǎng)方式被捕獲。神女底鼬鳚在全球深海海域都有分布，但科學(xué)家在那之后一直未在8000米海域發(fā)現(xiàn)它的生存跡象。因此，這位世界紀(jì)錄保持者很可能生活在更淺的水域，只不過是當(dāng)時恰好被拖網(wǎng)帶到了8370米深。

　　真正日常棲息在8000米深處的魚類，于2014年首次現(xiàn)身于人類的視野，就是當(dāng)下深海生物界的當(dāng)紅炸子雞——深海獅子魚。它通體呈現(xiàn)粉白色，通常長度約為30厘米，體重約160克，樣子看上去像一只巨大的蝌蚪。在馬里亞納海溝部分8000米深處的洋底，深海獅子魚是食物鏈頂端的獵食者，平時以生活在洋底的甲殼類為食，在其所棲息的海域并不算是稀有物種。

　　深海獅子魚的極限抗壓能力令人咋舌，經(jīng)過研究，其體內(nèi)存在大量的膠狀物質(zhì)，這對于它們平衡內(nèi)外壓力具有重要作用。另外，它們的骨骼進(jìn)化出了一些適應(yīng)于深海壓力環(huán)境的特征。除了保護(hù)大腦的一部分頭骨，它的絕大多數(shù)骨骼皆為軟骨，且骨骼銜接位置留有大量空隙，這些空隙可以極大地中和施加到骨骼上的壓力。

　　挑戰(zhàn)深海高壓，仿生機器人以柔制剛

　　深海獅子魚這一物種被發(fā)現(xiàn)后，短短數(shù)年間就引發(fā)了科學(xué)家的強烈興趣，這其中既有致力于揭示其解剖結(jié)構(gòu)和起源演化的生物學(xué)家，也有致力于利用其作為靈感來進(jìn)行深潛機器人設(shè)計的工程學(xué)家。

　　該物種最早的發(fā)現(xiàn)人之一就曾在2018年利用3D打印技術(shù)制造了一只硅膠機器人版的深海獅子魚。但這只機器魚功能十分單一，而且設(shè)計它的最初目的還是為了研究深海獅子魚的生理結(jié)構(gòu)。

　　不過，這次中國科學(xué)家更好地借鑒了深海獅子魚的過人之處，發(fā)展出了一種全新的深海機器人。

　　其核心設(shè)計思想正是參考了深海獅子魚適應(yīng)深海的兩大特征：第一，摒棄了笨重的抗壓外殼，采用軟質(zhì)有機硅材料作為主要軀干，以柔克剛；第二，將各種電子部件均勻分散到身體各處，以實現(xiàn)最大限度的壓力平衡，同時防止各組件在受到外殼變形后相互擠壓失效。

　　該仿生機器人的另一大亮點是擁有一對魚鰭狀的推進(jìn)翼，扇動推進(jìn)翼就能讓機器人在海中前行。雖然這一設(shè)計同樣借鑒于深海獅子魚的兩片胸鰭，但必須指出，后者的胸鰭其實并非起推進(jìn)作用，它們的運動方式其實非常類似于蝌蚪。

　　目前，該機器人已經(jīng)在70米水深的湖中、3000米水深的南海，以及接近11000米的馬里亞納海溝底部進(jìn)行了一系列實驗。前兩種情形下，機器人完成了僅依靠推進(jìn)翼的自主游動，而在馬里亞納海溝完成的實驗中，科學(xué)家們用深潛器的機械手將其進(jìn)行了部分固定。

　　不過，該仿生機器人還存在至少兩點尚待改進(jìn)之處：首先，它的游速比同類深潛機器人慢的多；另外，它還沒有足夠的動力對抗激烈的海流。不過，學(xué)術(shù)界仍然對它的未來寄予厚望，作者總結(jié)稱，“下一步的工作將專注于開發(fā)軟體輕質(zhì)的材料和結(jié)構(gòu)，讓用于極端條件下的裝置具有更好的智能性、通用性、操縱性和效率”。

　　未來，類似的仿生深海機器人不僅將擁有靈活運動的能力，還將具備多種本領(lǐng)，例如探測海水成分、拍攝深海生物照片及視頻、收集樣品并返回海面等。它們在成本上的顯著優(yōu)勢，將很有可能像無人機顛覆空戰(zhàn)格局一般，成為海洋探測領(lǐng)域超越傳統(tǒng)深潛機器人的霸主。