近日，哈尔滨工程大学、浙江大学、北京航空航天大学、哈佛大学、中科院深海所等单位在国际知名期刊《自然通讯》联合发表前瞻性文章：《面向深海探索的仿生软体机器人》。作为一种颠覆性技术，通过深海软体机器手可以实现样本和生命体无损获取，也可以通过深海软体机器鱼低扰动地融入深海生物群落开展原位探测，并通过可降解材料实现深海原生态系统保护。

深海机器人作为当前深海探索的重要技术手段，在海底资源探测、极端救援等领域扮演着重要角色。作为水下装备领域的前沿分支，软体水下机器人以软体生物为仿生原型，在结构上，由高度柔软的弹性材料组成；在功能上，由智能软材料代替电机或传感器提供类肌肉驱动或感知。因其特有的强适应、高柔顺、自感知等优势，软体机器人已在深海领域应用展现出极大潜力。

探索海洋深处的奥秘

伴随深海探测技术的发展，人类深入认识深海的时代正在来临。500年前达·芬奇设计潜水服、150年前凡尔纳写《海底两万里》，当时的科学幻想如今正在成为现实。

从科学角度看，探索深海能够帮助人类深入了解海洋的奥秘、地球的奥秘。水深超过2000米的深海，占据地球表面的3/5，无论温室气体排放的归宿，还是气候长期变化的源头，都要追溯到海水深层。不仅如此，海底是距离地球内部最近的地方：大陆地壳平均35公里厚，大洋地壳则为7公里。揭示板块运动的规律、窥探地球内部的真相，也要到深海底部进行探索。

从经济角度看，深海蕴藏着丰富的矿产、油气和生物资源。目前，海洋石油产量占世界石油产量的30%，高居世界海洋经济首位，其中发展最快的是深水油田。近年来全球重大油气发现，70%来自水深超过1000米的水域。海底有待开发的资源非常丰富，现在还只是起步阶段。比如海底的微生物新陈代谢极其缓慢，生殖周期在千年以上，但人类尚不知如何利用其“长寿基因”；太平洋一片深海黏土所含的稀土元素可供人类使用几十年，但开采利用技术尚待研发。

深潜、深钻、深网是当今探索深海奥秘的三大手段，即深潜科学考察、国际大洋钻探和国家海底科学观测网建设。深潜是直观的深海探索，但在空间和时间上都存在局限性。深潜最深只能到海底，从海底往下得靠钻探，这就是深钻；深潜的运行时间只能以小时计，想要长期连续观测就得将传感器放到海底，联网观测，这就是深网。深潜、深钻和深网，共同担起深海探索的技术重任。目前，我国已建立起“三深”格局，深海科考进入快速发展期。

脊椎动物的“深潜之王”

狮子鱼被认为是可以潜入海中最深的脊椎动物。深海探测器在7700米和8100米的深度发现了它们。它们被称为海洋脊椎动物中的“深潜”王者。

这条鱼为什么能潜这么深？李铁风团队对狮子鱼进行了全身CT扫描，发现狮子鱼的骨骼特征和结构与普通鱼类有很大不同。它的全身骨骼非常细密，几乎没有腔体结构，连头骨都退化得几乎没有了，这使得它的骨骼不再需要在浮沉时承受内外压差的变化，骨骼与其他鱼类不同，有科学家在深海狮子鱼身上发现了一种与骨骼钙化有关的基因——骨钙，这种调节骨骼钙化和发育的蛋白质被截短后，使其骨骼变得非常细，并且能够弯曲。

同时，科学家还发现，狮子鱼等深海鱼类体内与不饱和脂肪酸合成相关的基因发生了扩增，使其在高压低温环境下仍能保证细胞膜的流动性。总而言之，它的身体特征使狮子鱼适应了深海的极端压力。

李铁风团队对软体机器人进行了独特的设计。他们将软体机器人所需的电子元器件和电路板分成几部分，分别放置在软体机器人的不同位置，同时考虑到放置的角度。和方向，为了分散电子元器件的压力，让机器人受力均匀，而且表面和内部也是软硅胶材质，在不同水深下不会产生太大的变形和韧性，所以能适应1万米以上深度的深海压力。

这款无人驾驶的软体机器人被认为在未来有着广阔的应用前景，因为它可以在地球的整个海洋中畅行无阻！它可以像鱼一样在珊瑚礁或水下洞穴中安全航行，因此被认为在海洋勘探和海底采矿等领域发挥着巨大的作用。

成功坐底马里亚纳海沟

作为一种颠覆性技术，通过深海软体机器手实现样本和生命体无损获取，也可以通过深海软体机器鱼低扰动地融入深海生物群落开展原位探测，并通过可降解材料实现深海原生态系统保护。

2019年12月，仿生深海软体机器人成功坐底马里亚纳海沟，在10900米海深处实现了稳定扑翼运动；2020年8月，机器人在南海3224米实现自主游动。“对于我们来说，一切海试都是不可控的，我们能做的就是在出海之前做好最充分的准备。”哈工程大学李国瑞说。就像最近一次的南海海试，项目组在南海遇到了超强台风，在海上整整漂了10天，仅获得了一次实验的机会。“台上一分钟，台下十年功，我们抓住了返航前一晚天气转好的唯一机会，做成了机器人的深海试验。”他说。

2020年，形似一条鱼，长22cm、翼展宽度28cm，完全无耐压壳保护的仿生软体机器人在中国南海3224米海深处实现自主游动。“我在主控室看到机器人在海底游起来的那一刻，难以抑制的兴奋、激动，同时又感受到积压已久的压力瞬间得到了释放，数年的坚持终于取得了里程碑式进展。”李国瑞说。

2021年，在浙江大学李铁风教授的指导下，李国瑞设计了身长22厘米，展翅28厘米的深海软体机器鱼，率先建立了万米深海软体机器人的压力适应理论及系统设计方法，在国际上首次实现了无耐压壳软体机器人在马里亚纳海沟10900米深海驱动与南海3224米深海自主航行，该成果入选2021年度“中国科学十大进展”。

2022年4月，李国瑞回到母校哈工程，建立软体水下机器人实验室，围绕“极端水下环境软体机器人与柔性智能系统”这一前沿方向开展研究。

未来，一台普通的深海探测装备可搭载多台小型化深海软体机器鱼协同开展深海作业，为高效、智能深海探测，提供更多可能。