李鐵風

2026-05-09 生活百科深海

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中國“機器魚”登上《自然》封面，為何能夠下游數萬米？：

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人類對深海所知甚少，特別是海平面6000米以下的“超深淵帶”幾乎一無所知，阻礙探索的最大障礙，就是海底強大的壓力。“在10900米的海底，靜水壓高約110兆帕，相當于100個大氣壓。”李鐵風形象地比喻說，這相當于一噸重的小汽車全壓在指尖上。傳統深海探測設備，甚至需要鈦合金這樣的高強度金屬外殼，或者壓力補償系統來保護，造價昂貴，行動也不夠靈活。“但即使在馬里亞納海溝深處，依然有數百個物種，它們應對極高靜水壓的方式，是不是可以給我們啟示？”
鈍口擬獅子魚，成為李鐵風團隊的靈感來源，這種巴掌大、半透明的柔軟魚類，甚至能在海面下7000多米生活。“我們獲得了獅子魚的標本，給它做了CT，發現這種魚的骨骼，細碎地分布在凝膠狀柔軟的身體中，這個身體構造給了我們很大的啟發。”李鐵風表示。2018年5月，浙江大學交叉力學中心李鐵風教授團隊和之江實驗室智能機器人研究中心正式啟動了以獅子魚為原型的仿生深海軟體機器人研究。
中國“機器魚”長22厘米，翼展寬度28厘米，就像獅子魚一樣，控制電路、電池等硬質器件不像傳統探測設備一樣集成封裝，而是將它們以軟凝膠隔開。“通過設計調節器件和軟體的材料與結構，優化在高壓環境下機器人體內的應力狀態，這樣’機器魚‘不再需要外殼保護，即可承受萬米級別的深海靜水壓力。對比傳統的‘鎧甲式’抗高壓深潛裝備，這條設計路線，有可能大幅度降低深海探測的難度和成本。”
“當然首先希望技術能夠從實驗室更快走向使用，通過對其能源、驅動、感知一體化系統進一步優化，讓柔性智能設備直接服務于深海探測作業、環境的觀察和深海生物的科考，并實現深海通訊、深海檢測等功能。一方面是降低成本，另外一方面軟體機器人也有更好的環境適應能力，比如可以更容易、安全地通過狹窄區域。”
而從廣義的應用來看，“機器魚”代表著“剛柔相濟”的設計思路和策略，它還有望帶來更多創新發展。“比如智能可穿戴設備，人體需要貼合的好，也要應對運動帶來的沖擊，‘剛柔相濟’同樣能保護設備中脆弱的芯片。再比如生物醫療設備，它未來應用的環境是人體內部，直接作用于細胞，但硅基的電子器件對生物體并不友好，采取類似‘機器魚’的融合包裹方法，和人體的接觸，就可以達到更高的親和力。”
國產軟體機器魚打卡萬米深海，是如何在水中動起來的？：

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浙江大學航空航天學院教授李鐵風介紹，機器魚以海水為低壓端電極，體內的電源在人工肌肉內外兩側形成電勢差，薄薄的鰭因此舒張、收縮形變。依靠預設好的程序，機器魚就能悠然展開雙鰭，在深海中行進游動。
李鐵風介紹，獅子魚的頭部骨骼分散地嵌在軟組織內，而仿生機器魚一大設計亮點就是模仿獅子魚分散的頭部骨骼結構。而為了更接近獅子魚的軟組織質地，研究團隊選擇用硅膠打造機器魚的骨架。這種透明的凝膠狀材料密度接近水，質地軟、韌性高，能將電池、控制電路等硬質器件“溫柔”地包裹住。
“我們將功能性電子電路最大程度地分散在軟硅膠中，通過參數調節和結構設計，實現機器魚內部的應力水平平衡 ?！崩顕鸾忉屨f，盡可能分散排布元器件，能夠減少它們彼此間的剪切應力。
如此一來，機器魚即便沒有剛性外殼保護，也能適應極高的靜水壓力。告別了沉重的金屬殼，機器魚身姿更輕盈，機動性也有所改善。如今人們見到的機器魚成品長22厘米、翼展寬度28厘米，重量僅150克，接近2~3枚雞蛋。
擴展資料：
機器魚的研究成本與傳統深海機器人相比更低
“這項工作會在很大程度上推進深海機器人的研究進步 ?！闭撐膶徃迦巳缡窃u價。因為創新性的設計理念、自主研發的特殊材料，機器魚的成本也變得更低廉。
告別了傳統設計思路，機器魚不再需要用昂貴的鈦合金做耐壓殼，僅這一項便可省去不少成本。李國瑞告訴《中國科學報》，與傳統深海機器人相比，新論文展示的機器魚成本小得多，單臺成本可控制在萬元以內。

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