Den 4 mars 2021 publicerade Peking tid, omslaget till Nature, en ledande internationell tidskrift, den senaste forskningen om bionisk djuphavsmjuk robot: självdriven mjuk robot i Mariana Trench, som genomfördes gemensamt av Zhijiang Laboratory och Zhejiang University. Forskargruppen tog ledningen för att förverkliga mjuk robots 10 000 meter långa djuphavskontroll och djuphavsautonoma simexperiment!
Dr Li Guorui, en senior forskare i Intelligent Robot Research Center of Zhijiang Laboratory, är den första författaren (rankad först), Liang Yiming, en ingenjörsspecialist i Intelligent Robot Research Center of Zhijiang Laboratory, är den andra författaren, professor Li Tiefeng från Zhejiang University är korrespondent författare, och professor Zhu Shiqiang och professor Gu Jianjun, cheferna för Zhijiang Laboratory är medförfattare.
Låsa upp livets hemlighet i djuphavet och utveckla mjuk robot som anpassar sig till ett hydrostatiskt tryck på tio tusen meter
Mariana Trench i västra Stilla havet är det djupaste kända havet, med högt vattentryck, låg temperatur och fullständigt mörker, och kallas “jordens fjärde pol”. Med den kontinuerliga utvecklingen av djupdykningsteknik konstateras det att det stora djuphavet inte är dött. Det finns fortfarande hundratals arter som lever i det ultrahöga djupvattenområdet mellan 6000 och 11000 meter i Mariana Trench, bland vilka sniglar är en typisk representant.
Biologiska studier har visat att lejonfiskens ben är fint fördelade i den gelliknande mjuka kroppen, som tål trycket på nästan 100 MPa, motsvarande 1000 atmosfärstryck. För att göra en olämplig analogi, är detta enorma tryck likvärdigt med en bil som väger ungefär ett ton tryck på fingertopparna. “Lejonfiskens egendomliga struktur har inspirerat oss mycket. Om vi kan förvandla livets mysterium i djuphavet till maskinernas kraft kan vi utveckla bioniska, programvaror och miniatyriserade intelligenta djuphavsrobotar som kan anpassa sig till djuphavets extrema miljö, vilket inte bara kan hjälpa till att utforska djuphavet, utan också utveckla nya robotar och intelligent utrustning. “Li Guorui talade om den inledande forskningen och utvecklingen är fortfarande svårt att undertrycka spänningen.
Forskningsriktningen klargjordes. I maj 2018 lanserade Intelligent Robot Research Center i Zhijiang Laboratory och teamet av professor Li Tiefeng från korsmekanik Center vid Zhejiang University den bioniska djuphavsmjuka robotforskningen baserad på lejonfisk. Baserat på karakteristiken att lejonfiskens huvudben är dispergerade och smälta i mjuka vävnader konstruerade projektgruppen strukturen och materialen för elektroniska enheter och mjuk matris mekaniskt och optimerade spänningstillståndet i robotkroppen under högtrycksmiljö. Den bioniska djuphavsmjuka roboten som utvecklats av projektteamet ser ut som en fisk, med en längd på 22cm och en vingbredd på 28cm, vilket är ungefär längden och bredden på ett A4-papper. Hårda enheter som kontrollkrets och batteri är integrerade i den gelliknande mjuka kroppen; Genom att utforma material och strukturer för justeringsanordningar
roboten klarar djuphavshydrostatiskt tryck på 10 000 meter utan ett tryckbeständigt skal.
“Jämfört med den traditionella “bepansrade” anti-högtrycksdykningsutrustningen har vi utvecklat en bionisk djuphavsmjuk robot med en ny teknisk väg, som strävar efter att avsevärt minska svårigheten och kostnaden för djuphavsutforskning”, sade Li Guorui.
Att bryta igenom gränsen och innovativt “Intelligent Artificial Muscle Drive”
Hur uppnår djuphavsrobotar framdrivning? Roboten förlitar sig på sitt eget miniatyriserade energistyrningssystem och den dielektriska elastomeren (DE muskeln) i den ovala delen mellan vingarna. När den elektroniska enheten i kiselgelkroppen genererar en elektrisk signal, genererar den dielektriska elastiska kroppen ett muskelliknande deformationsläge under stimuleringen av spänningssignalen, och vingarna på den bioniska robotfisken fladdrar med muskelexpansion och sammandragning för att driva roboten framåt.
Men för att realisera körning av dielektrisk elastomer i djuphavet är det nödvändigt att övervinna dämpningen av elektrisk körförmåga hos polymermaterial under högt tryck och låg temperatur. Projektteamet samarbetade med professor Luo Yingwu från skolan för kemiteknik och bioteknik vid Zhejiang University för att utveckla en elektrisk driven konstgjord muskel som kan anpassa sig till extrema miljöer som låg temperatur och högt tryck i djuphavet, och det kan fortfarande fungera normalt även i låg temperatur (0-4℃) och högtrycksmiljö (110 MPa) i Mariana Trench. “Ett annat genombrott i vår forskning är att designa ett elektriskt drivet intelligent mjukt material som fortfarande kan upprätthålla bra elektriska körprestanda i högt tryck och låg temperatur miljö”, säger professor Li Tiefeng.
Sammanfattningsvis är den nya bioniska djuphavsmjuka roboten skapad av två tekniska genombrott, nämligen det mjuka-hårda fusionsmaskin-system anpassat till djuphavshydrostatiskt tryck och det nya dielektriska elastomerställdonet anpassat till djuphavs högtrycks- och lågtemperaturmiljön.
Rädslös avgrund mjuk robot har breda tillämpningsmöjligheter.
Under forskningen har en serie numeriska beräkningar och ett stort antal trycksimuleringsexperiment verifierat projektets genomförbarhet. För att ytterligare bevisa robotens tillförlitlighet i djuphavsfältsmiljön, med gemensamt stöd av Shanghai Ocean University, Institute of Deep Sea Studies of Chinese Academy of Sciences, Dalian Maritime University, Guangdong Marine Geological Survey och andra enheter, har den bioniska roboten som utvecklats av projektgruppen successivt genomfört djuphavsförsök i Mariana Trench, Kina Nanhai och andra havsområden.
I december 2019 satt den bioniska djuphavsmjuka roboten på botten av Mariana Trench. Bilderna från sjöförsöket visade att roboten uppnådde en stabil fladdvingsdrift på 10 900 meters djup i Mariana-graven. Natten den 27 augusti 2020 simmade den mjuka roboten självständigt på 3224 meters djup i Sydkinesiska havet. “Klockan tre på morgonen tittade vi på minuterna i kontrollrummet och väntade på att roboten skulle starta på havets botten. När roboten framgångsrikt slutförde den planerade simningen lades det hängande hjärtat ner, och flera år av svår utforskning gjorde slutligen milstolpe framsteg”, sade Li Guorui.
“Våra robotar har goda utvecklings- och applikationsmöjligheter i tuffa och speciella miljöer som djuphavs, polarregioner och hög påverkan”, säger Li Guorui. I framtiden kommer projektteamet att fortsätta att studera det integrerade systemet för energi, drift och uppfattning av djuphavsprogramvara intelligent utrustning för att förbättra intelligensen hos bionisk djuphavsmjuk robot och minska applikationskostnaderna. Liang Yiming sade: “Vi planerar också att tillämpa de viktigaste teknikerna för bionisk mjuk robot på undervattensbåten, utveckla miniatyriserad djuphavsutrustning och förverkliga funktioner som djuphavskommunikation och djuphavsdetektering.”
(Källa: Zhejiang Online)