这条“大鱼”潜入1100米深海,点亮了一颗星星。
研发家 | 2025-04-14 20

侧空翻,鲤鱼打架,跳查尔斯顿舞,秀功夫...从央视春晚扔出的花帕开始,擅长玩“花活”的宇树机器人不断占领互联网“头条”。

就在这个陆地四足机器人展现神奇力量的时候,中国南海海底2000米,其中一个“鱼兄弟”也美丽地完成了自己的海试使命:它没有人形,魔鬼鱼被重复;它没有手脚,只有聪明的鳍;但和宇树机器人一样,它也是灵活的,可以完成复杂的动作任务。

在深海无氧环境(1100米)下,它首次实现了小型斯特林发电机的发电,在深海中点亮了一颗中国星!

前几天,这条“大鱼”刚回到西湖大学,暂时“停靠”在工学院的院子里。这就是“西谷II号”潜水器。

斯特林发电机点亮了中国星。

“魔鬼鱼”形状的西谷I号

2023年春天,“西谷I号”凯旋归来。西湖大学未来产业研究中心和工程学院特聘研究员范迪夏的团队还没来得及兴奋多久。他们面前有一个迫切需要回答的选择题:下一代潜水器是走向更深的海底,还是赋予它更强的能力?

虽然潜水器的名字不熟悉,但它和宇树机器人属于具有机器人概念的机器人——具有物理形态和与环境互动的机器人;不同的是,它们可以完成科学研究、资源勘探、环境监测、救援和救援等多项任务。在水下独立或通过遥控操作环境。

经过反复讨论,他们做出了明确的技术选择:放弃传统的“深入”路线,大大提高潜水器的运动能力。简而言之,从“可达”到“移动”。

从外观上看,最终形成的西谷II号与西谷I号非常相似。遵循第一代的自然方法,这仍然是一个完全仿生的鱼潜水器。模仿对象是以“魔鬼鱼”为名的蝙蝠鱼:身体扁平,行动敏捷,重心低,不易倾覆。

为什么要做鱼而不是人?范迪夏说,这是因为人形机器人在水下会因为重心和浮力而不稳定,滚动效率低下,不灵敏。鱼形机器人可以更好地适应水下环境,保证平衡,提高能效和灵活性。更重要的是,鱼形设计有利于保护水下自然生态——与传统的螺旋桨驱动潜水器相比,鱼形潜水器在形状、噪音和水的干扰方面更加温和,可以像海底的游动鱼一样最大限度地减少对深海的影响。

既然是以自然为师,那就注定西谷II号不会是笨重的潜水器。事实上,如果你有机会近距离看西谷II号,你很可能会发现它比你想象的“娇小”:3米长,3米宽,1.5米高。在现实空间中,它比传统的魔鬼鱼更短更高。但是比普通车短一点,更宽一点。

“西谷II号”。

灵活的“移动”

为了实现更灵活的“移动”,西谷II号与前一代相比也进化了技术。实现更复杂的波浪运动路线是“移动”能力的一个方面。

西湖大学深海技术讲座教授崔维成说,最明显的调整是两侧的“鳍”。在上一代的西谷I号中,配备了一对模块化的胸鳍,像翅膀一样,刚柔相济。如今,这种设计已经完全升级为更灵活的变化鳍,形状像波浪,靠近天然鱼鳍的摆动。

崔维成解释说:“这种变化不仅使西谷II的外观更加流线型,而且符合水下航行的流体力学要求,同时可以更自然地模仿生物鳍的摆动,从而实现更有效的驱动力和更灵活的转化能力在水中。”

另外一部分“移动”来自西谷II号体外的创新配件。

回顾西谷I号,当时在潜水器中央预留了一个即插即用的“鱼肚”扩展坞空间,进一步完善和拓展了西谷II号。如今,这个扩展坞已经能够配备一系列先进的设备,包括深海机械臂、射流机器人、仿生章鱼吸盘、深海斯特林发电机等。这些“零件”将赋予这个鱼形机器人更多的工作能力。

崔维成说,最引人注目的新功能之一是“子母鱼布置系统”。这种创意设计允许小型机器鱼携带和布置,以实现更灵活的任务和数据收集。这些小型机器鱼可以在极其复杂的海底环境中执行任务,并与主潜水器协调,扩大了西谷II的运行范围。

西谷II号尾端增加了一个“鱼尾”功能——尾部的“自拍杆”。这是一个集拍摄功能于一体的智能部件,可以根据需要自动伸缩调整角度,捕捉更广阔的水下视野,传回更清晰的图像,为深海调查和科研提供宝贵的数据支持。

深海运动“西谷II号”。

目标:南海2000米深处

2025年2月25日,他们终于等到了这一天,搭载厦门大学的“嘉庚号”,西谷II号从厦门港出发,目标:南海2000米深处。

“西谷II号”总设计师李伟邈记得,3月4日的夜晚令人震惊。船的一边是月亮,星星稀少,另一边是风浪。正是因为海上天气复杂,适宜的天气窗口短,所以我们必须抓住这个宝贵的机会来实现我们的目标。当“西谷II号”在2000米深处成功完成所有复杂的运动和作业时,团队成员们激动得忍不住哭了。

经过海试,“西谷II号”成功验证了其运动能力的大幅提升,配套配件的概念性和能力验证也取得了初步成果。

这个“大鱼”能为人类做些什么?

范迪夏指出,其在复杂环境下出色的工作能力包括在小半径内灵活转弯,在三秒内快速转换,以及精确的运动控制,使其能够在极具挑战性的水下环境中顺利完成任务。

这些不仅仅是令人眼花缭乱的“杂耍”技巧,而是将“稳定、准确、安静、巧妙”四个关键特征融入到海底作业中:通过自适应定高、定深、定向系统,西谷II号可以始终保持稳定的航行姿态,保证任务的顺利执行;其独立的轨迹规划能力使潜水器能够根据预设的航行轨迹准确进行深海检测,防止任何误差;同时,西谷II号的鱼形设计和低噪音运行最大限度地减少了对海底生态的影响,保证了水下环境的安静与和谐;此外,凭借其在短时间内快速完成突发动任务的能力,

崔维成表示,凭借这些能力,未来“西谷II”将能够在自然勘察、珊瑚礁观测、生态修复、水下采矿、设备维护等一系列涉及生态保护、资源采集和水下工程的复杂任务中展示自己的才能。

尤其是在深海环境中,西谷II号将成为理想的多功能平台,为人们提供准确高效的海底资源探索和应用解决方案。

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