從1960年開始，就有探險家們不斷地駕駛潛水器去探究這個神秘的“深淵”。2012年我國的“蛟龍號”載人深潛器，首次拜訪馬裡亞納海溝，下潛至6671米。2020年，我國的“奮鬥者”號載人潛水器再探馬裡亞納海溝，成功完成13次下潛，並創造了10909米的中國載人深潛紀錄。
如此記錄得來十分不易。馬裡亞納海溝底部水壓約為108.6 MPa，相當於1100個大氣壓，而“奮鬥者”號正是以高強高韌鈦合金為材料，再輔以先進的設計和焊接工藝，才能扛得住如此高壓，保護艙內的研究人員。
說來也有趣，“奮鬥者”號上的研究者在萬米深海還觀察到了類似海參、海綿的生物存在。與我們人類代價高昂的“硬扛”策略不同，它們並沒有明顯的堅固外殼。其實，海洋中大量的軟體生物，如水母、章魚，都沒有堅硬的外殼，卻可以承受中等海洋深度（~1000米）處的壓力，與此同時還保持著水下自由移動的能力。在6000-11000米左右的海洋深處生存的深海魚，它們的骨骼分散在柔軟的身體中，可以部分開啟，有助於它們在高壓環境下的生存與活動。浙江大學李鐵風教授等研究者由此獲得啟發，如果能模仿它們的身體結構，開發較低成本的軟體機器人作為深海探測器，豈不妙哉？
近日，李鐵風教授團隊聯合中科院深海科學與工程研究所等單位發表論文，報道了一種用於深海探測的仿生軟體機器人，並第一次在馬裡亞納海溝萬米深處實現了自帶能源的智慧軟體機器人萬米深海操控，以及深海自主遊動實驗，驗證了電子元件的耐壓效能。他們的成果表明，堅硬的外殼或許並非耐高壓的必要條件，也為新一代深海勘探器的研發指出了另一條道路。相關工作發表在Nature 雜誌，並被選為當期封面，之江實驗室研究人員李國瑞、浙江大學博士研究生陳祥平、周方浩為論文共同第一作者，通訊作者為浙江大學李鐵風教授。[3]
研究者將電池、微控制器、電壓放大器等剛性器件封裝在聚合物基體中，介電彈性體作為仿生軟體機器人的“人工肌肉”。如果將電子元件密集地封裝在一塊印刷電路板上，在萬米海底巨大的壓力下，介面處極容易發生故障。為解決這個問題，他們模仿深海魚骨頭分散分佈在柔軟身體中的特點，將電子元件作為軟體機器人的“骨頭”，採用分散式設計，增加元件之間的距離，避免剛性接觸，減小剪下應力。
最終制備的這款仿生軟體機器人看起來像一條深海魚，長22 cm，翼展寬度28 cm，大約一張A4紙的大小。除了內部分散的電子元件設計，機器人外觀採用彈性的框架支撐，並具有薄矽膠製備的柔性“魚鰭”。深海的低溫（0~4 ℃）和高壓環境（110 MPa），對於用於驅動“魚鰭”拍動的“人工肌肉”也提出了較高要求。研究團隊開發了能適應低溫高壓環境的介電彈性體，可驅動軟體機器人的“魚鰭”完成拍打水的動作，實現水下的自主遊動。
在110 MPa的模擬壓力室中，機器人可以完成連桿圓周運動以及自由游泳實驗。當驅動電壓為7 kV，頻率為1 Hz時，機器人在0 MPa和110 MPa的壓力下，可以分別以3.29 cm s−1和2.76 cm s−1的速度向前遊動。2019年12月，這條仿生“軟體機器魚”首次在馬裡亞納海溝10900米深處成功“打卡”，出色的完成了軟體機器人的啟動和操控，拍動“魚鰭”長達45分鐘，驗證了電子元件的耐壓效能，並實現了驅動、感測、動力控制等複雜任務。隨後，又在3224米深的南海多次完成下潛實驗。
“我們的研究目標就是以全新技術路線實現深潛器的小型化、柔性化、智慧化，大幅降低深海探測的難度和成本。”李鐵風教授說。[3]
從長遠來看，軟體機器人可以安全地在珊瑚礁或水下洞穴中航行，在不損壞珊瑚礁或洞穴的情況下采集標本，對探索未知的海洋深處、監測海洋、清理和防止海洋汙染以及保護海洋生物多樣性都具有重大的意義。
Self-powered soft robot in the Mariana Trench
Guorui Li, Xiangping Chen, Fanghao Zhou, Yiming Liang, Youhua Xiao, Xunuo Cao, Zhen Zhang, Mingqi Zhang, Baosheng Wu, Shunyu Yin, Yi Xu, Hongbo Fan, Zheng Chen, Wei Song, Wenjing Yang, Binbin Pan, Jiaoyi Hou, Weifeng Zou, Shunping He, Xuxu Yang, Guoyong Mao, Zheng Jia, Haofei Zhou, Tiefeng Li*, Shaoxing Qu, Zhongbin Xu, Zhilong Huang, Yingwu Luo, Tao Xie, Jason Gu, Shiqiang Zhu & Wei Yang
Nature, 2021, 591, 66–71. DOI: 10.1038/s41586-020-03153-z
參考資料：
1. Mariana Trench
https://en.wikipedia.org/wiki/Mariana_Trench
2. 成功坐底10909米深海！“奮鬥者”號勝利返航
http://www.xinhuanet.com/politics/2020-11/28/c_1126796535.htm
3. 成功“打卡”馬裡亞納海溝，浙大仿生軟體智慧機器魚研究登《自然》封面
http://www.news.zju.edu.cn/2021/0304/c23225a2254766/page.htm
4. C. Laschi, M. Calisti, Soft robot reaches the deepest part of the ocean. Nature, 2021, 591, 35-36. DOI: 10.1038/d41586-021-00489-y