這身長(zhǎng)22厘米,，展翅28厘米的小小機(jī)器魚(yú)頂住了馬里亞納海溝6000至11000米之間的極高壓在其中自由“翱翔”。這一成果為深海探測(cè)作業(yè),、環(huán)境的觀察和深海生物的科考提供了新的解決方案讓電影中的科幻情節(jié)變成了現(xiàn),。

李國(guó)瑞，2010級(jí)哈工程船舶工程學(xué)院船舶與海洋工程專(zhuān)業(yè)校友,，現(xiàn)為之江實(shí)驗(yàn)室智能機(jī)器人研究中心高級(jí)研究專(zhuān)員,。曾主持研究中國(guó)博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目“基于充電速率介電高彈聚合物力電耦合調(diào)控”和之江實(shí)驗(yàn)室青年基金項(xiàng)目“快響應(yīng)氣動(dòng)軟體機(jī)器人”,。主要研究方向?yàn)殡婒?qū)動(dòng)軟體機(jī)器魚(yú)和深海軟體機(jī)器智能驅(qū)動(dòng)技術(shù)，相關(guān)成果發(fā)表于 Science Advances和 nature 封面文章,。曾獲全國(guó)大學(xué)生海洋航行器大賽特等獎(jiǎng),、ICRA國(guó)際軟體機(jī)器人大賽金獎(jiǎng)、“力諾瑞特杯”第六屆全國(guó)節(jié)能減排大賽三等獎(jiǎng),、“啟真杯”浙江大學(xué) 2018 年度十大學(xué)術(shù)成果等榮譽(yù)稱(chēng)號(hào),。

“把不可能變成可能，有創(chuàng)新的科研才有靈魂”

2020年8月27日凌晨三點(diǎn),，形似一條魚(yú),，長(zhǎng)22cm、翼展寬度28cm,，完全無(wú)耐壓殼保護(hù)的仿生軟體機(jī)器人在中國(guó)南海3224米海深處實(shí)現(xiàn)自主游動(dòng),。

“我在主控室看到機(jī)器人在海底游起來(lái)的那一刻，難以抑制的興奮,、激動(dòng),，同時(shí)又感受到積壓已久的壓力瞬間得到了釋放，數(shù)年的堅(jiān)持終于取得了里程碑式進(jìn)展,?！崩顕?guó)瑞說(shuō)。

與水下機(jī)器人的緣分,，要追溯到李國(guó)瑞本科的時(shí)候,，在哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院就讀船舶與海洋工程專(zhuān)業(yè)的他，通過(guò)科技創(chuàng)新比賽接觸到了水下機(jī)器人的相關(guān)方向,，并連續(xù)兩年獲得了全國(guó)大學(xué)生海洋航行器大賽特等獎(jiǎng),。

“哈工程的學(xué)風(fēng)很?chē)?yán)謹(jǐn)，也很注重培養(yǎng)學(xué)生的拓展能力,，老師們對(duì)學(xué)生的科研工作非常支持,。”時(shí)至今日,，李國(guó)瑞仍記得自己做科研之初因?yàn)榻?jīng)費(fèi)不足向系里船模水池實(shí)驗(yàn)副主任郭春雨老師申請(qǐng)時(shí),，立刻得到了2000元的科研經(jīng)費(fèi)支持，“那好像是2012年,，2000元的科研經(jīng)費(fèi)對(duì)一個(gè)學(xué)生的科研工作真的是很大的支持,。”現(xiàn)在回憶起來(lái),，李國(guó)瑞仍然很感動(dòng),。

仿生軟體機(jī)器人的初步構(gòu)想產(chǎn)生于17年5月末，當(dāng)時(shí),，他剛在水下軟體機(jī)器人領(lǐng)域取得新進(jìn)展,，并以共同第一作者身份在Science子刊發(fā)表“Fast moving soft electronic fish”,。

為了開(kāi)拓研究思路，導(dǎo)師李鐵風(fēng)教授帶他赴新加坡參加機(jī)器人領(lǐng)域的國(guó)際頂會(huì)ICRA學(xué)習(xí),?！耙恢艿臅r(shí)間，白天聽(tīng)學(xué)術(shù)報(bào)告,，晚上和導(dǎo)師總結(jié)討論,。就是在這種不設(shè)限的自由研討中，我們第一次談到了‘深海軟機(jī)器’的設(shè)想,。參考近幾年深?？瓶嫉臒狳c(diǎn)，我們思考如何借著深淵獅子魚(yú)的啟發(fā),，研制一種無(wú)需耐壓殼保護(hù)就可承受深海靜水壓力的仿生軟體機(jī)器人,，實(shí)現(xiàn)深海探測(cè)裝備的小型化與智能化?！崩顕?guó)瑞回憶道,，“我們?cè)O(shè)定的小目標(biāo)是在馬里亞納海溝實(shí)現(xiàn)軟體機(jī)器人的自供能驅(qū)動(dòng)，這在當(dāng)時(shí)的確是一個(gè)很大膽的設(shè)想”,。

“無(wú)論成敗,，終須事必躬親的勇氣！”

位于西太平洋的馬里亞納海溝是已知的海洋最深處,，深約10911米，靜水壓極高（約1100個(gè)大氣壓強(qiáng)的壓力）,、溫度低,、完全黑暗，被稱(chēng)為“地球第四極”,。

在深?？瓶贾?，為了抵抗巨大的靜水壓力，現(xiàn)有的深海機(jī)器人均需高強(qiáng)度的金屬耐壓容器保護(hù),。而摒棄耐壓殼保護(hù)和電機(jī)驅(qū)動(dòng),，在深海實(shí)現(xiàn)軟體機(jī)器人的自供能驅(qū)動(dòng)，這件事兒還沒(méi)有人干成過(guò),。在課題啟動(dòng)初期,，李國(guó)瑞承受了不小的壓力。

“無(wú)論成敗,，終須事必躬親的勇氣,！越是有難度的科研,，就越有創(chuàng)新的空間?！北种@樣的想法,，李國(guó)瑞開(kāi)始了“摸著石頭過(guò)河”式的研究。深海軟機(jī)器,，這是一個(gè)嶄新的科研方向,，鮮有先例可循，李國(guó)瑞嘗試著從現(xiàn)有的深海裝備技術(shù)和軟體機(jī)器人文獻(xiàn)中找到一些共性點(diǎn),，然后結(jié)合自己的力學(xué)背景開(kāi)展探索,。

“機(jī)器人研究是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，從理論方案設(shè)計(jì)到實(shí)際樣機(jī)驗(yàn)證,，都有很大的挑戰(zhàn),。好在國(guó)瑞很擅長(zhǎng)跨領(lǐng)域思考，也具有很好的學(xué)科交叉思維,，能夠結(jié)合不同技術(shù)找到創(chuàng)新點(diǎn),。”導(dǎo)師李鐵風(fēng)教授如此評(píng)價(jià)他的這位學(xué)生,。

“基于彈性軟材料壓力自適應(yīng)的優(yōu)勢(shì),，不同于傳統(tǒng)的‘鎧甲式’抗高壓深潛裝備，我們將控制電路,、電池等硬質(zhì)器件融入集成在凝膠狀的軟基體中,，并通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部應(yīng)力分布的調(diào)節(jié)，使軟體機(jī)器人無(wú)需耐壓外殼,，便能承受萬(wàn)米級(jí)深海靜水壓力,，并能大幅降低深海探測(cè)的難度和成本?！崩顕?guó)瑞說(shuō),。

“每解決一個(gè)bug，就是向成功邁進(jìn)一步”

2018年8月,，在上海深淵科學(xué)技術(shù)研究中心,，仿生深海軟體機(jī)器人在110 MPa（11000米水深所對(duì)應(yīng)靜水壓力）靜水壓的壓力罐中實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的游動(dòng)實(shí)驗(yàn)。

這次成功來(lái)之不易,，將近一年的時(shí)間,，李國(guó)瑞每半個(gè)月就要去上海做一次機(jī)器人的壓力實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，很多次都是信誓旦旦出發(fā),，帶著遺憾歸來(lái),。

克服過(guò)電子器件壓潰、材料驅(qū)動(dòng)失效、密封失敗等各種各樣的問(wèn)題,，李國(guó)瑞形容做研究就像是“升級(jí)打怪”,，每次都會(huì)遇到不同的bug，但是從未想過(guò)放棄,。

在研究歷程中,，系列的數(shù)值計(jì)算和大量的壓力環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方案的可行性，但仿生深海軟體機(jī)器人的可靠性仍需深海實(shí)地環(huán)境的測(cè)試,。2018年底,，李國(guó)瑞所在項(xiàng)目組第一次挑戰(zhàn)萬(wàn)米深淵就取得了初步進(jìn)展，軟體驅(qū)動(dòng)器及融合電子電路在萬(wàn)米海深實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定驅(qū)動(dòng),。

2019年12月,，仿生深海軟體機(jī)器人成功坐底馬里亞納海溝，在10900米海深處實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定撲翼運(yùn)動(dòng),；2020年8月,，機(jī)器人在南海3224米實(shí)現(xiàn)自主游動(dòng)。

“對(duì)于我們來(lái)說(shuō),，一切海試都是不可控的,，我們能做的就是在出海之前做好最充分的準(zhǔn)備?！崩顕?guó)瑞說(shuō),。就像最近一次的南海海試，項(xiàng)目組在南海遇到了超強(qiáng)臺(tái)風(fēng),，在海上整整漂了10天,，僅獲得了一次實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)?！芭_(tái)上一分鐘,，臺(tái)下十年功，我們抓住了返航前一晚天氣轉(zhuǎn)好的唯一機(jī)會(huì),，做成了機(jī)器人的深海試驗(yàn)?！崩顕?guó)瑞說(shuō),。

“組建深海軟體機(jī)器研究團(tuán)隊(duì)，探秘深海無(wú)人之境”

目前,，仿生深海軟體機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了兩項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)突破：適應(yīng)深海靜水壓力的軟—硬融合機(jī)器系統(tǒng),，適用于深海高壓低溫環(huán)境驅(qū)動(dòng)的新型介電高彈體驅(qū)動(dòng)器。

未來(lái),，李國(guó)瑞希望依托這些共性技術(shù),，組建一個(gè)朝氣蓬勃的研究團(tuán)隊(duì)，在仿生軟體機(jī)器人與智能裝備領(lǐng)域開(kāi)展獨(dú)立性研究，為提升智能機(jī)器人在深海,、極地,、高沖擊性等惡劣及特種環(huán)境下的自主、智能作業(yè)能力貢獻(xiàn)自己的力量,。