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。

李国瑞(右二)和团队成员在做实验。赵新原摄

  创新,让软体机器人一步步游向深海

  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。

  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。

  探索,将“生命之秘”化作“机器之力”

  “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。

  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。

  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。

  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。

  “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。

  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。

  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。

  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!”

 

<p style="margin: 0px 0px 20px; padding: 0px; color: rgb(0, 0, 0); font-family: " pingfang="" sc",="" "lantinghei="" "helvetica="" neue",="" helvetica,="" arial,="" "microsoft="" yahei",="" 微软雅黑,="" stheitisc-light,="" simsun,="" 宋体,="" "wenquanyi="" zen="" hei",="" micro="" sans-serif;="" font-size:="" 18px;"="">  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。”