北京航宇团队研发深海机器人 实现多种模式作业并成功抓取软体生物

北京航空航天大学机械工程及自动化学院的研究团队，经过六年的努力，与中国科学院深海研究所及浙江大学共同研发了一款具有高度适应性的深海机器人。这一创新成果在国际上引起广泛关注，甚至被著名学术期刊《Science Robotics》收录为首页大图展示。这项技术的发展不仅为深海探索提供了更多可能性，还有助于推动海洋科学与资源开发的进程。

该机器人设计灵感来源于蝙蝠鱼的自然运动模式，利用手性双稳态超材料结构，使其能在0.75秒内迅速在游动和行走模式之间切换，这种快速转换功能使得机器人能够适应复杂多变的海底地形及不同的任务需求。具体而言，在游动模式下，机器人通过其尾鳍的摆动产生推力，可以达到相对较高的游动速度；而在滑翔模式下，机器人通过展开的背鳍，借由水的升力进行长距离滑行；在沙地行走模式下，采用各向异性脚部设计的机器人则能够有效适应沙质地形，实现顺畅行走。

在深海环境中，机器人面临着高压带来的众多挑战，其中最为关键的便是柔性驱动器材料在高压下的性能削弱特性。研究团队经过多次实验，成功设计了一种全新的驱动系统，采用双稳态手性超材料结构的快速突跳机制，能够有效提高驱动的效率。这种机制不仅缓解了以往柔性材料驱动器在深海环境下的性能衰退问题，还使得机器人在高压下的运动性能得到显著提升。

为了应对深海环境中的低温挑战，研究团队引入了形状记忆合金的概念。通过周期性的电流加热，使得形状记忆合金弹簧交替收缩，从而推动手性超材料单元的快速切换，改善驱动器的循环摆动速度。通过有限元仿真、实验室测试和高压罐实验等多种方式，研究团队进一步优化了驱动器的重要结构参数，使得机器人的运动在静水压力的影响下得到增强。研究团队通过采用硅油填充的硅胶管和柔性油囊等封装技术，实现了形状记忆合金驱动器及其电路与能源系统的压力自补偿封装，确保机器人在极端环境中的稳定运行。

为了验证这款深海机器人的性能，研究团队在多个深海地点进行了实地测试，共进行了14次部署测试，搭载于“深海勇士号”和“奋斗者号”载人深潜器进行各种复杂任务。测试的最深点达到了3756米，涵盖了不同地形和海洋深度，充分验证了机器人的多模式作业能力。

尤其值得一提的是，团队针对海洋软体生物的安全抓取难题，开发了一种新型抓手，利用手性超材料单元的压-扭耦合效应，使得在3400米深海环境下，顺利完成了对海星、海参和海胆等软体生物的无损抓取与采样任务。这一成果不仅为未来的深海生物研究开辟了新路径，同时也是深海探索技术的一次重大突破。

本研究的共同第一作者及通讯作者分别为北京航空航天大学的多个团队成员，并得到了青年科学基金项目(A类)和创新研究群体等多项资助支持。这一研究的成功，不仅彰显了北京航空航天大学及其合作机构在深海机器人技术领域的领导地位，同时也为之后的海洋科学探索提供了坚实的技术基础。

北京航宇团队的深海机器人项目在多模式作业、极端环境适应性以及软体生物抓取能力等方面取得的显著成果，预示着深海探索技术的未来发展方向。同时，这项技术也将为海洋资源的可持续开发提供强有力的支持，推动相关领域的进步与创新。对于深海科学研究及资源开发这是一项具有划时代意义的突破。