在西北工业大学机电学院的实验室里,一款直径120毫米、重量仅56克的透明装置正在水缸中无声移动。
若非刻意观察,很难发现这是一台精密的仿生机器人。
这台由陶凯教授团队研制的仿生水母机器人,以其独特的设计理念和技术突破,为解决深海探测中的长期难题提供了创新方案。
深海探测长期面临技术瓶颈。
海水密度远超空气,传统机器人在海底作业时能耗高企,螺旋桨等推进装置产生的噪声和水流扰动,不仅会惊扰海洋生物,还会搅起海底沉积物,严重影响探测精度和生态观察的有效性。
如何在不干扰海洋环境的前提下完成观测任务,成为制约深海科考能力提升的关键瓶颈。
陶凯团队意识到,破解这一难题需要从根本上改变技术路线,向大自然寻找答案。
水母作为地球上最古老的生物之一,在海洋中生存了数亿年。
从千米深海到浅海区域,从极地到热带,水母展现出卓越的环境适应能力。
研究发现,水母身体含水量超过95%,通过收缩伞状身体产生涡环推进,实现了低能耗悬浮和静音移动。
这种经过亿万年自然选择形成的运动机制,恰好契合深海观测设备的技术需求。
团队由此确立了仿生研发方向,力求从形态到功能实现对水母的高度模拟。
仿生水母机器人的核心突破在于材料与驱动系统的创新。
团队采用水凝胶作为电极材料,配合静电液压驱动结构,使机器人含水量达到90%以上,机身几乎完全透明。
这种设计使其在水中如同隐形,可与周围环境自然融合。
机器人配备的透明脚蹼通过有节奏的收缩舒张制造定向水流,实现推进与悬浮控制,整个过程几乎无声且不产生明显扰动。
尽管体型微小,这台机器人却集成了电路板、微型摄像头和嵌入式智能处理芯片,具备自主识别和跟踪能力。
在功能验证测试中,仿生水母机器人展现出良好的性能表现。
静态测试显示,其搭载的视觉系统能够快速锁定目标物体并标注置信度数值。
更具说服力的是动态追踪能力,当水缸中的观赏鱼游动时,机器人能够实时捕捉并全程跟随,即使目标在其他鱼群中穿梭也不会丢失。
这种动态识别能力为深海生物观测提供了技术保障。
仿生水母机器人的应用前景广阔。
目前该装置可搭载盐度、温度、深度等多种传感模块,在珊瑚礁生态健康监测、渔业养殖水质实时监控等领域已展现应用价值。
团队计划进一步拓展其功能,使其适用于深海资源勘探、海洋生态调查、水下考古辅助等更多场景。
相比传统装备,这种仿生机器人能够以更低的能耗、更小的环境影响完成长时间观测任务,真正实现从干扰者到观察者的角色转变。
陶凯团队所在的空天微纳系统教育部重点实验室,是国内较早开展微机电系统研究的机构,面向航空航天航海领域,致力于推动装备微型化、集成化与信息化发展。
2024年该实验室入选国家级创新团队,标志着其在关键技术攻关方面获得认可。
仿生水母机器人正是该团队面向国家深海作业智能化重大需求,融合仿生学与智能技术的代表性成果。
向深海进发，不仅要“更远、更深”，也要“更稳、更轻”。
当探测装备学会像海洋生物那样以低扰动的方式穿行其间，人类对海洋的认知就可能从“闯入式观察”迈向“共处式观测”。
以仿生理念推动装备革新，既是科技创新的路径选择，也体现了对海洋生态的尊重与对可持续利用的审慎态度。