让仿生鱼游向万米深海

让仿生鱼游向万米深海（科技自立自强·青年科学家）

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之江实验室高级研究专员李国瑞的科研之路，和仿生鱼紧紧连在一起。从提出有意思的创意，到成功通过海试，这条“鱼”终于“游”向了深海。他说，坚持到现在，是科研的趣味、成就感、喜悦感支撑了他。

在世界最深的马里亚纳海沟，万米海底处，一条柔软的“鱼”在轻轻扑翼。这条仿生鱼，源自李国瑞10年前的创意。那时，他还是一名大学生。如今，他已是浙江杭州之江实验室智能机器人研究中心高级研究专员。这条“鱼”，也“游”向了深海，“游”上了《自然》杂志封面。

创新，让软体机器人一步步游向深海

在李国瑞的手机里，记者看到10年前“鱼”的雏形：与现在这条仿生鱼类似的蓝白两翼，更短更圆，连着一个简陋的控制器。“那时，我在哈尔滨工程大学就读，学校倡导科技创新，我觉得水下机器人有意思，就在大一暑假琢磨着做了一个仿生鱼雏形，能遥控它在水里游动。”李国瑞说。

大学毕业后，李国瑞考入浙江大学航空航天学院交叉力学中心读研。导师黄志龙教授看到他做的水下机器人后，建议他跟着软体机器人与智能装备实验室的李铁风教授学习。这个实验室的科研强项之一，就是软物质和智能软材料。李铁风建议：深化这条“鱼”的性能，攻关智能软体水下机器人。

2017年，李国瑞课题组做出电驱动的水下机器人，综合性能相当好——游速快、全透明、低噪音。成果发表在《科学》子刊上，还登上浙大官网首页。

接下来朝哪个方向研究？李铁风和他一起分析：深海水压那么高，海洋生物为什么能经受住压力生存？这或许说明在深海环境，软材料比钢铁更具优势。

于是，下一步方向有了：开始研发深海软体机器人！带着这个异想天开的创意，李国瑞开始了一步步的探索。

探索，将“生命之秘”化作“机器之力”

在深海科考中，深海机器人必须有高强度的金属耐压容器保护，才能抵抗巨大的压力。

“造一条能在马里亚纳海沟游泳的机器鱼。”李国瑞兴致勃勃。马里亚纳海沟是已知的海洋最深处，低温、寂静，水压极高。

在马里亚纳海沟6000—11000米之间，生活着一种狮子鱼，它的骨骼分布在凝胶状柔软的身体中。从狮子鱼身上，李国瑞获得灵感：“要是将单薄的电子元器件离散分布，并嵌入柔软的硅橡胶中，扛住高压，不就能摆脱传统深海机器人必用的抗压外壳了吗？”

深海狮子鱼的“生命之秘”化作了“机器之力”。最后成型的仿生软体智能机器鱼，形似一条深海狮子鱼，长22厘米，翼展宽度28厘米，大小如一张A4纸。两个会扑动的侧鳍，与躯体的“肌肉”相连。当机器人电池发出的电信号经过“肌肉”时，这些“肌肉”便会舒张，通过节律性扑翅实现游动。

2019年12月，仿生鱼潜至马里亚纳海沟深处。海试影像记录显示，在马里亚纳海沟10900米的地方，仿生鱼实现了稳定扑翼驱动。2020年8月27日，仿生鱼在南海3224米深处成功游泳。

这条“鱼”能“游”上《自然》杂志封面，在于它的优势和价值。目前，深海机器人的抗压外壳成本高昂。仿生鱼又轻又灵巧，重量还不到200克，而且成本远低于现有的深海机器人。“软体机器人有很多特殊优势，对复杂环境、极端环境、恶劣环境适应性都好。”李国瑞说，未来或将看到，软体机器人深入有待探索的深海区，在珊瑚礁、水下洞穴中穿行，参与海洋监测、海洋污染清理和预防、海洋生物多样性保护等诸多工作。

坚持，在挫折的苦后体味成功的甜

圆脸，笑容阳光，背着双肩包——李国瑞出生于1990年，是一名90后科学家。

90后科学家向往什么？李国瑞向往活泼的生活，“我的生活太单调了，除了科研，还是科研。而且，做科研有很多‘痛苦’。”

“做这条仿生鱼，苦苦坚持才成功。”李国瑞原本估计一年做成功。没想到，这一做就是3年。

2018年到2019年，李国瑞经常去上海海洋大学做模拟深海试验。没想到，深海这个完全陌生的领域，给了他闷头一棍。

各种各样的失败接踵而来。元件压坏，人工肌肉不能驱动。“好好的人工肌肉，按理不怕压力。但一到深海环境，驱动就失效。是电的原因，还是机械原因？”李国瑞说，光弄清这个问题就足足折腾了一年，才确定是材料特性——高压和低温下，会导致驱动失效。

“每次深海装备试验，只能排除一个科学问题，然而试验成本却十分昂贵。每次回到课题组汇报试验的失败情形，其实都需要一定的勇气。”回忆“痛苦”的闯关经历，李国瑞忍不住笑了。

因为一条“鱼”，李国瑞的生活更“无趣”了。申请出国交流两年，去了3个月，他就赶回国继续做实验。2019年做海事试验前，他将器械理好给合作方，当天启程去外地开会。没想到路上接到电话：电池短路了。他当晚就赶回杭州，重新准备海试器件。

“但这趟折返太值了，马里亚纳海沟的万米海试，就是在这次做成功的。”李国瑞庆幸地说。

2020年8月，李国瑞和团队到南海试验，在海上漂泊多日，其间还遇到了台风。李国瑞回忆说：“船跟着浪一直摇，人都晕乎乎的。台风过后，夜里海况条件转好，我们马上开始试验。凌晨3点，我们在主控室里盯着机器鱼，看着它在海底张翼，成功完成预定游动，那一刻实在太激动了。虽然做科研有很多‘痛苦’，但‘痛苦’之后的快乐是巨大的！”

李国瑞笑着说：“做自己擅长的工作，才能做得更好。尽管做科研免不了挫败和‘痛苦’，但坚持到现在，还是科研的趣味、成就感、喜悦感支撑了我。”

本报记者 顾 春

本报记者 顾 春 【编辑:叶攀】