每(mei)經記者｜梁宏亮    每(mei)經實習記者｜溫雅蘭    每(mei)經編輯｜張凌霄    

動(dong)物具有長期學習形成的(de)(de)經驗(yan)，這些經驗(yan)為人(ren)類技術發明提供了(le)源源不斷的(de)(de)創(chuang)新(xin)靈(ling)感(gan)。而科學家(jia)的(de)(de)研究，在自然(ran)與技術之間架起了(le)一座聯結彼此的(de)(de)橋(qiao)梁。

中(zhong)(zhong)國科(ke)(ke)學(xue)(xue)院(yuan)院(yuan)士(shi)、固體力學(xue)(xue)專家楊衛在“科(ke)(ke)學(xue)(xue)與中(zhong)(zhong)國”走進大灣區暨第十一屆院(yuan)士(shi)專家巡講系(xi)列活動中(zhong)(zhong)分享(xiang)了其團隊(dui)如何從深(shen)(shen)海獅子(zi)魚獲(huo)得靈感，并造出能在深(shen)(shen)海作業的(de)機器(qi)人(ren)的(de)故事。

想(xiang)要生存在(zai)被(bei)喻為“地球第(di)四極(ji)”海(hai)洋深(shen)處的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)馬里亞(ya)納海(hai)溝(gou)，生物需(xu)要承受110兆帕(pa)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)壓力，相當1100個大(da)氣壓強(qiang)。“我們知道，走到深(shen)海(hai)中往(wang)往(wang)需(xu)要很厚的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)防護殼(ke)。但是(shi)(shi)(shi)有(you)一種(zhong)獅(shi)子(zi)(zi)魚(yu)可以在(zai)八千(qian)多米的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)深(shen)海(hai)中自由游弋，它(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)身(shen)(shen)體(ti)非常柔軟。”談及(ji)獅(shi)子(zi)(zi)魚(yu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)獨特(te)結構(gou)，楊衛說：“但是(shi)(shi)(shi)這種(zhong)魚(yu)和(he)普通(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)魚(yu)有(you)幾點不同。第(di)一，它(ta)沒有(you)空腔，全(quan)身(shen)(shen)都肉嘟嘟的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)；第(di)二，它(ta)所有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)骨頭和(he)刺(ci)都又(you)細(xi)又(you)長，非常柔軟；第(di)三，它(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)頭骨不是(shi)(shi)(shi)整片(pian)狀的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，而是(shi)(shi)(shi)很多細(xi)小的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)骨架通(tong)過(guo)柔軟的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)瓊脂包(bao)裹(guo)在(zai)一起。在(zai)深(shen)海(hai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)高壓下(xia)，深(shen)海(hai)獅(shi)子(zi)(zi)魚(yu)這樣(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結構(gou)使得(de)其(qi)柔軟的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)部分基(ji)本不會受到三維(wei)靜(jing)水壓的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響。”

“深海(hai)獅(shi)子(zi)魚(yu)可(ke)能(neng)出(chu)現問(wen)題(ti)的地方在于其身體(ti)(ti)軟和硬的部分的交界面，但是(shi)如(ru)果能(neng)夠將(jiang)其剪應力控(kong)制在一定范圍內，深海(hai)獅(shi)子(zi)魚(yu)是(shi)可(ke)以存活的。所以，如(ru)果想要在深海(hai)中(zhong)不需(xu)要防護就(jiu)能(neng)存活，就(jiu)需(xu)要物體(ti)(ti)中(zhong)所有硬的部分都(dou)‘化整為零(ling)’，并且用柔(rou)性的材料將(jiang)其連(lian)接(jie)。”楊衛(wei)講解道。

基于(yu)獅子魚(yu)頭部骨骼在(zai)軟(ruan)組織中的(de)分散融合這一(yi)特(te)點，楊衛的(de)團隊(dui)采用了“以柔(rou)克剛”的(de)策(ce)略(lve)研制出仿(fang)生(sheng)軟(ruan)體機器魚(yu)。這款軟(ruan)體仿(fang)生(sheng)機器魚(yu)長22厘米，翼(yi)展寬度28厘米，大(da)約為(wei)一(yi)張(zhang)A4紙的(de)長寬，其(qi)各(ge)個信息獲取裝(zhuang)置(zhi)，比(bi)如攝像(xiang)機、能夠在(zai)壓力(li)下(xia)存活的(de)能源(yuan)裝(zhuang)置(zhi)等則分布在(zai)全身，并整體封裝(zhuang)在(zai)一(yi)種柔(rou)性(xing)有機硅材料中，無需耐壓外殼就能夠承受萬米級別的(de)深海靜水(shui)壓力(li)。

針對仿生機(ji)器(qi)魚的未(wei)來應(ying)用，楊衛介紹：“這(zhe)個項目在(zai)將來還可以(yi)進一步(bu)推廣，比如應(ying)用于深海的無人傳播結構中。”

除深海機(ji)器魚外(wai)，楊衛還介紹了(le)他們團(tuan)隊(dui)近期(qi)正在(zai)(zai)(zai)研究(jiu)的(de)(de)(de)(de)足式機(ji)器人。“雖(sui)然人類造機(ji)器人所使用的(de)(de)(de)(de)材料和部件(jian)，包(bao)括(kuo)電機(ji)、電池(chi)等(deng)各類動(dong)力(li)來源，要比動(dong)物(wu)肌肉(rou)的(de)(de)(de)(de)能量(liang)密(mi)度更高(gao)，但是(shi)這(zhe)類機(ji)器人奔跑的(de)(de)(de)(de)速度遠(yuan)(yuan)遠(yuan)(yuan)不及(ji)動(dong)物(wu)本身(shen)，甚至只有動(dong)物(wu)的(de)(de)(de)(de)一半”，楊衛解(jie)釋道，“為什么會有這(zhe)樣(yang)(yang)的(de)(de)(de)(de)現(xian)象(xiang)？關鍵在(zai)(zai)(zai)于兩個(ge)方面(mian)。第一點在(zai)(zai)(zai)控(kong)制方面(mian)，動(dong)物(wu)具(ju)有長(chang)期(qi)學習所形成的(de)(de)(de)(de)經驗，但是(shi)我們做(zuo)的(de)(de)(de)(de)足式機(ji)器人每一步都要重(zhong)新學習。所以(yi)我們必須采用人工智能的(de)(de)(de)(de)辦法(fa)，對以(yi)往的(de)(de)(de)(de)經驗進(jin)行深度學習，這(zhe)樣(yang)(yang)在(zai)(zai)(zai)遇(yu)到具(ju)體情況時才(cai)能‘條件(jian)反射’式地做(zuo)出(chu)步態調(diao)整。”

“第(di)二(er)點在于(yu)利用耦合(he)力學方(fang)面的知識，比如(ru)惠(hui)更斯耦合(he)擺，無論我們(men)給出(chu)什么樣(yang)的初始(shi)條件，它都可以協調成統(tong)一的步(bu)態。在本征動(dong)力學的驅動(dong)下，我們(men)正在設(she)計新(xin)一代的足式機器人，他將會能夠以10m/s的速度(du)進(jin)行奔(ben)跑。”楊衛談到(dao)。

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