当所有的目光都集中在NASA的坚持不懈的流浪者上个月,一个团队发送一个机器人进入另一个外星人世界,一个靠近家庭:深海。

深海拥有高耸的海底山脉、引人注目的地质特征和独特的生物——其中许多仍然是神秘的——是地球上最后一个未知的环境。难以接近并不奇怪。将任何勇敢的探险者沉入黑乎乎的海水意味着要面对冰冻的温度和巨大的压力。有没有听过金属在压力下吱吱作响的声音?真是太可怕了。没有保护,机器人的微小电子元件就没有机会了。

然而,尽管环境恶劣,生物还是找到了一条茁壮成长的道路。科学家们也注意到了这一点。受深海鱼类的启发,来自中国的一个团队设计出了一种软自主机器人,它可以承受最低的——马里亚纳海沟底部的恶劣条件。该机器人的身体大致像一条黄貂鱼,有两个拍打着的大鳍和一条可以让它轻松地在周围水域中移动的尾巴。

机器人的精致电子器件而不是单一的“大脑”而不是单一的“大脑”,通过其硅体散布,类似于蠕虫的神经系统。这种设计消除了重型和笨重的耐压案件的需求,解释Drs。分别来自新加坡国立大学和林肯大学的塞西莉亚·拉斯基(Cecilia Laschi)和马塞洛·卡利斯蒂(Marcello Calisti),他们没有参与这项研究。

这不仅仅是理论谈话。该团队将机器人置于测试中,实际上将其沉入Mariana沟渠的底部,是海洋中最深处的。机器人们茁壮成长,在周围环境中拍打,也许是有趣的或令人困惑的天然海洋动物。

Laschi和Calisti说,机器人“推动可以实现的界限。深海是一个独特的生物学,巨大地质特征和矿产资源的金矿。柔软但坚韧的机器人,我们最终可能有一种方法可以探索未知的海洋深度。

在压力之下

滑下马里亚纳海沟比在没有氧气的情况下攀登珠穆朗玛峰还要困难。

挑战者深入,超过海拔35,000英尺,代表了沟槽的最低点。压力难以包裹你的头部:海平面的正常大气压大约是一千次,或者更多于众多形式的“大象踩在你的大拇指上”。

这些疯狂的压力是深海勘探设备通常被严格执行的原因。作者解释说,“刚性机器人和机器需要压力容器”来封装它们,而压力容器通常由笨重的金属材料制成。在这些深度上航行,最终就像一场追赶游戏,这些外壳的厚度和尺寸需要扩大,以应对不断增加的压力。即便如此,深海的极端环境也很容易造成结构破坏。

当经典的机器人到达“挑战者深渊”时,它们基本上都是戴着沉重的金属手套的僵硬机器人——笨重且不自然。它们与周围的环境格格不入,重型武器和螺旋桨可能会破坏任何海洋、珊瑚或它们采集的其他样本。

一个闪电球

那是当海洋工程师转向软机器人时。从海洋动物中获取灵感,这些动物通过周围环境优雅地操纵 - 章鱼是一个最喜欢的科学家挖掘硅胶和其他柔韧的材料,以建立可以轻松伸展和移动的软结构。

“软机器人Laschi和Calisti表示,本质上比传统的刚性对应物更安全,“具有一堆提升的能力。例如,它们可以挤压成狭小的空间,横跨不均匀的表面,并以更自然的方式与野生动物相互作用。

该团队的灵感火花来自于2014年在深海发现的黏糊糊的鱼——马里亚纳海达尔蜗牛。这种蠕虫状的透明生物有幼犬的鼻子和从头部伸出的鳍。它最喜欢的栖息地?马里亚纳海沟超过26000英尺深。它的发现者,纽约州立大学的Mackenzie Gerringer博士很快用3D打印技术重建了这只奇怪的动物,以便更好地了解它是如何推动自己游泳的。

新的研究从蜗牛中采取笔记,工程一个类似的机器人,能够在自主游泳时承受巨大压力的能力。机器人的身体是一种类似的鱼形状,具有两个拍打翅片。将翅片连接到机器人的软核心,“肌肉”或柔软的弹性材料,将电能转化为运动。机器人有电池存放其运动所需的“果汁”。当电池脱离电流时,它会刺激合同的“肌肉”。因为“肌肉”用几个微小的固体连接器钩住翅片,所以肌肉运动转化为整个翅片,推动机器人向前游泳。

鱼类的机器人不是速度跑步者。当在一个实验室中测试时,它在杆子周围游泳时,它每秒略低于一半的身体长度,这与其他软机器略慢。

然而,它脱颖而出的是它能够处理破碎压力。否决刚性金属保护剂的想法,该团队反而将电气部件间隔在硅体内 - 类似于牵引蜗牛鱼如何组织其头骨。Snailfish的头骨并不完全融合,提供了一定程度的延展性,使得头骨上的压力可以均衡到外部压力。

这种截然不同于通常将所有电子设备打包成一个“大脑”的做法得到了回报。实验室测试和模拟发现,这种分散的配置减少了组件之间任何单一接口的压力,这意味着机器人的“大脑”更像一个灵活的弹簧,而不是一个僵硬的神经系统。

在现实世界中

团队并没有止步于实验室测试。他们选择了真实的东西:在真实的世界中进行实地测试。总的来说,他们把机器人放在三个不同的环境中:大约230英尺的湖泊,超过10000英尺的南海,最后是终极挑战,挑战者深渊。

在前两项试验中,允许机器人自由游泳,最快地每秒大约两英寸。对于玛丽安娜沟槽测试,机器人连接到传统的水下机器人,用于支撑和照片操作,同时拍打它的翅膀。在极压下,机器人就像魅力一样。

这款机器人可以是我们如何探索深海的游戏改变者 - 特别是它的奇怪,奇怪的海洋生物。与传统的金属机器人机器人夹具相比,柔软的机器人可以轻轻处理活样本,而不会吓到它们或损坏它们。

拉斯基和卡利斯蒂说,这“为新一代深海探险家铺平了道路”。

有很大的改善。一件事是速度。在自动和控制的同时,沟槽机器人仍然比以前报告的水下机器人游得慢。它更敏感,因为它可以很容易地被水下电流扫除。展望未来,还需要配备相机和智能传感器来捕捉其环境。即便如此,机器人“为后代的弹性和可靠的深海探险家提供了基础,”拉斯齐和卡里斯蒂说。

从长远来看,成群的海沟机器人可以在监测其健康状况的同时揭开深海之谜。软体机器人可以安全地在珊瑚林或水下洞穴中航行,在不破坏环境的情况下采集标本。它们还可以遍布海床,以监测污染、微塑料或海洋生物的变化。但更根本的是,就像火星漫游者大军一样,我们可能最终找到了一种方法来探索隐藏在浩瀚海洋深处的秘密。谁知道我们会发现什么?

图片来源:Li等人./nPG压力机

范雪来是一位神经科学家出身的科学作家。她在不列颠哥伦比亚大学(University of British Columbia)完成了神经科学博士学位,在那里她开发了神经退化的新疗法。在研究生物大脑时,她开始对人工智能和所有生物技术着迷。毕业后,她搬到了加州大学旧金山分校,研究以血液为基础的因素,使衰老的大脑恢复活力。她是……

遵循搁置: