深海，仍然是地球上最大的未知領域，因為它是如此難以探索。由於深海壓力極高，通常需要剛性船舶和壓力補償系統，來保護機電系統。然而，深海生物缺乏龐大或沉重的耐壓系統，卻可以在極深的地方茁壯成長，這種情況耐人尋味。

近日，來自中國浙江大學的李鐵風等研究者，受到深海獅魚結構的啟發，開發了一種用於深海勘探的無繩軟機器人，透過將電子裝置整合到矽樹脂基質中，來保護機載電源、控制和驅動，從而免受壓力影響。相關論文以題為“Self-powered soft robot in the Mariana Trench”發表在Nature上。與此同時，該論文登上《Nature》同期的封面。更多精彩影片請抖音搜尋：材料科學網。

論文連結：

https://www.nature.com/articles/s41586-020-03153-z

海洋佔地球表面的70%以上，含有獨特的生物、巨大的地質特徵和豐富的礦產資源。人們經常探索較淺的海洋深度，但由於極端的靜水壓力，最深的區域基本上仍未被開發。

精心設計的機器人，在水下任務中，提供了出色的機動性和功能性。為了探索在3000米到11000米之間的深度，剛性機器人和機器(圖1a)，需要壓力容器或壓力補償系統。然而，考慮到極端條件下結構破壞的風險，深海勘探，仍然具有挑戰性。

圖1 帶板載動力和控制的耐壓軟機器人的深海現場試驗。更多精彩影片請抖音搜尋：材料科學網。

生活在中等海洋深度(~1000米)的軟體生物，如章魚和水母，已被廣泛研究；它們在深海的適應性，啟發了水下軟機器人的設計(圖1b)。優雅的軟機器人設計，為深海探測提供了有前途的途徑。它們的效能很大程度上，取決於它們的軟碟機動器，包括介電彈性體(DEs)、水凝膠和流體器件等。最近的研究表明，具有拍打、波動和噴射等推進模式的軟機器人，表現出了優異的游泳效能。儘管如此，這些機器人的動力和控制電子裝置，仍然需要龐大而堅硬的容器，來保護它們免受極端壓力，儘管它們的執行器很軟，結構也很靈活。一種沒有剛性容器的彈性軟機器人，能夠在極端深度的海洋中游泳，目前還沒有開發出來。

在此背景下，值得注意的是，最近在8000米左右的海洋深處，發現了深海棘魚，表現出令人驚訝的高適應性和流動性(圖1c)。這條魚的身體特徵包括分散式頭骨(即頭骨部分開啟)和拍打胸鰭，這些特徵指導了，研究者的深海軟機器人的動力、控制和DE執行器的機械設計(圖1d)。

在此，研究者設計的軟機器人，在馬裡亞納海溝(11.33°N,142.19°E)10,900米深處的現場測試中，成功驅動。這個軟機器人，安裝在一個深海著陸器上(圖1e)，由機載鋰離子電池(2500 mA h)和高壓放大器自供電。這種自供電的機器人，不要求任何剛性容器。

為了減少電子元件之間介面的剪應力，研究者透過增加元件之間的距離或將它們與印刷電路板分開來分散電子元件。機器人拍動鰭所使用的介電彈性體材料經過精心設計，在馬裡亞納海溝10900米深處的現場測試中成功地驅動了機器人，更可以在中國南海3224米深處自由游泳。透過系統實驗和理論分析，驗證了電子元件和軟執行器的壓力回彈特性。

圖2 聚合物封裝電子產品的壓力回彈性。

圖3 軟機器人的設計與製造。更多精彩影片請抖音搜尋：材料科學網。

圖4 在一個壓力測試室和一個深湖中進行遊泳實驗。更多精彩影片請抖音搜尋：材料科學網。

綜上，研究者在馬裡亞納海溝、南海和一個深湖(圖片1e-j,4g, h)的實地測試表明，該軟機器人採用分散式電子器件和去驅動翼，具有良好的抗壓能力和游泳效能。這個軟體機器人，可以在110 MPa的靜水壓力下自由游泳。

整合額外的功能單元或重新安排電路，可以產生多種額外的功能，例如在深海中的感測和通訊。具有感測、驅動、動力和控制系統的軟裝置可以完全整合，在機械惡劣條件下，監測和調節複雜任務。未來的工作，將集中在開發新的材料和結構，以提高軟機器人和裝置的智慧、多功能性、機動性和效率。（文：水生）