李國(guó)瑞：讓仿生魚游向萬(wàn)米深海

顧春

在世界最深的馬里亞納海溝，萬(wàn)米海底處，一條柔軟的“魚”在輕輕撲翼。這條仿生魚，源自李國(guó)瑞10年前的創(chuàng)意。那時(shí)，他還是一名大學(xué)生。如今，他已是浙江杭州之江實(shí)驗(yàn)室智能機(jī)器人研究中心高級(jí)研究專員。這條“魚”，也“游”向了深海，“游”上了《自然》雜志封面。

在李國(guó)瑞的手機(jī)里，記者看到10年前“魚”的雛形：與現(xiàn)在這條仿生魚類似的藍(lán)白兩翼，更短更圓，連著一個(gè)簡(jiǎn)陋的控制器。“那時(shí)，我在哈爾濱工程大學(xué)就讀，學(xué)校倡導(dǎo)科技創(chuàng)新，我覺(jué)得水下機(jī)器人有意思，就在大一暑假琢磨著做了一個(gè)仿生魚雛形，能遙控它在水里游動(dòng)。”李國(guó)瑞說(shuō)。

大學(xué)畢業(yè)后，李國(guó)瑞考入浙江大學(xué)航空航天學(xué)院交叉力學(xué)中心讀研。導(dǎo)師黃志龍教授看到他做的水下機(jī)器人后，建議他跟著軟體機(jī)器人與智能裝備實(shí)驗(yàn)室的李鐵風(fēng)教授學(xué)習(xí)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的科研強(qiáng)項(xiàng)之一，就是軟物質(zhì)和智能軟材料。李鐵風(fēng)建議：深化這條“魚”的性能，攻關(guān)智能軟體水下機(jī)器人。

2017年，李國(guó)瑞課題組做出電驅(qū)動(dòng)的水下機(jī)器人，綜合性能相當(dāng)好——游速快、全透明、低噪音。成果發(fā)表在《科學(xué)》子刊上，還登上浙大官網(wǎng)首頁(yè)。

接下來(lái)朝哪個(gè)方向研究？李鐵風(fēng)和他一起分析：深海水壓那么高，海洋生物為什么能經(jīng)受住壓力生存？這或許說(shuō)明在深海環(huán)境，軟材料比鋼鐵更具優(yōu)勢(shì)。

于是，下一步方向有了：開始研發(fā)深海軟體機(jī)器人！帶著這個(gè)異想天開的創(chuàng)意，李國(guó)瑞開始了一步步的探索。

在深海科考中，深海機(jī)器人必須有高強(qiáng)度的金屬耐壓容器保護(hù)，才能抵抗巨大的壓力。

“造一條能在馬里亞納海溝游泳的機(jī)器魚。”李國(guó)瑞興致勃勃。馬里亞納海溝是已知的海洋最深處，低溫、寂靜，水壓極高。

在馬里亞納海溝6000～11000米之間，生活著一種獅子魚，它的骨骼分布在凝膠狀柔軟的身體中。從獅子魚身上，李國(guó)瑞獲得靈感：“要是將單薄的電子元器件離散分布，并嵌入柔軟的硅橡膠中，扛住高壓，不就能擺脫傳統(tǒng)深海機(jī)器人必用的抗壓外殼了嗎？”

李國(guó)瑞（右二）和團(tuán)隊(duì)成員在做實(shí)驗(yàn)。圖片|人民日?qǐng)?bào)

深海獅子魚的“生命之秘”化作了“機(jī)器之力”。最后成型的仿生軟體智能機(jī)器魚，形似一條深海獅子魚，長(zhǎng)22厘米，翼展寬度28厘米，大小如一張A4紙。兩個(gè)會(huì)撲動(dòng)的側(cè)鰭，與軀體的“肌肉”相連。當(dāng)機(jī)器人電池發(fā)出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)“肌肉”時(shí)，這些“肌肉”便會(huì)舒張，通過(guò)節(jié)律性撲翅實(shí)現(xiàn)游動(dòng)。

2019年12月，仿生魚潛至馬里亞納海溝深處。海試影像記錄顯示，在馬里亞納海溝10900米的地方，仿生魚實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定撲翼驅(qū)動(dòng)。2020年8月27日，仿生魚在南海3224米深處成功游泳。

這條“魚”能“游”上《自然》雜志封面，在于它的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值。目前，深海機(jī)器人的抗壓外殼成本高昂。仿生魚又輕又靈巧，重量還不到200克，而且成本遠(yuǎn)低于現(xiàn)有的深海機(jī)器人。“軟體機(jī)器人有很多特殊優(yōu)勢(shì)，對(duì)復(fù)雜環(huán)境、極端環(huán)境、惡劣環(huán)境適應(yīng)性都好。”李國(guó)瑞說(shuō)，未來(lái)或?qū)⒖吹剑涹w機(jī)器人深入有待探索的深海區(qū)，在珊瑚礁、水下洞穴中穿行，參與海洋監(jiān)測(cè)、海洋污染清理和預(yù)防、海洋生物多樣性保護(hù)等諸多工作。

李國(guó)瑞出生于1990年，是一名90后科學(xué)家。

90后科學(xué)家向往什么？李國(guó)瑞向往活潑的生活，“我的生活太單調(diào)了，除了科研，還是科研。而且，做科研有很多‘痛苦”。

“做這條仿生魚，苦苦堅(jiān)持才成功。”李國(guó)瑞原本估計(jì)一年做成功。沒(méi)想到，這一做就是3年。

2018年到2019年，李國(guó)瑞經(jīng)常去上海海洋大學(xué)做模擬深海試驗(yàn)。沒(méi)想到，深海這個(gè)完全陌生的領(lǐng)域，給了他悶頭一棍。

各種各樣的失敗接踵而來(lái)。“每次深海裝備試驗(yàn)，只能排除一個(gè)科學(xué)問(wèn)題，然而試驗(yàn)成本卻十分昂貴。每次回到課題組匯報(bào)試驗(yàn)的失敗情形，其實(shí)都需要一定的勇氣。”回憶“痛苦”的闖關(guān)經(jīng)歷，李國(guó)瑞忍不住笑了。

因?yàn)橐粭l“魚”，李國(guó)瑞的生活更“無(wú)趣”了。申請(qǐng)出國(guó)交流兩年，去了3個(gè)月，他就趕回國(guó)繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)。2019年做海事試驗(yàn)前，他將器械理好給合作方，當(dāng)天啟程去外地開會(huì)。沒(méi)想到路上接到電話：電池短路了。他當(dāng)晚就趕回杭州，重新準(zhǔn)備海試器件。

“但這趟折返太值了，馬里亞納海溝的萬(wàn)米海試，就是在這次做成功的。”李國(guó)瑞慶幸地說(shuō)。

2020年8月，李國(guó)瑞和團(tuán)隊(duì)到南海試驗(yàn)，在海上漂泊多日，其間還遇到了臺(tái)風(fēng)。李國(guó)瑞回憶說(shuō)：“船跟著浪一直搖，人都暈乎乎的。臺(tái)風(fēng)過(guò)后，夜里海況條件轉(zhuǎn)好，我們馬上開始試驗(yàn)。凌晨3點(diǎn)，我們?cè)谥骺厥依锒⒅鴻C(jī)器魚，看著它在海底張翼，成功完成預(yù)定游動(dòng)，那一刻實(shí)在太激動(dòng)了。雖然做科研有很多‘痛苦，但‘痛苦之后的快樂(lè)是巨大的！”

◎ 來(lái)源|人民日?qǐng)?bào)

李國(guó)瑞

九零后科學(xué)家人工智能研究專員