側空翻、鯉魚打挺、跳查爾斯頓舞、秀功夫……從春晚舞臺甩出的一條條花帕子開始,善于玩“花活”的宇樹機器人,斷斷續續攻占了互聯網“頭條”。
就在這個陸上四足機器人大顯神通的時候,在中國南海海底兩千米,有一位它的“魚兄弟”也漂亮地完成了自己的海試使命:它沒有人型,身型復刻的是魔鬼魚;它沒有手腳,只有靈動的魚鰭;但和宇樹機器人一樣的是,它同樣靈活,同樣能完成復雜的動作任務。
它還在深海無氧環境(1100米)下首次實現了小型斯特林發電機發電,在幽深的海底點亮了一顆中國星!
日前,這條“大魚”剛剛返回西湖大學,暫時“停泊”在了工學院的庭院中。它,就是“西谷II號” 潛水器。
“魔鬼魚”形的西谷II號
2023年春天,“西谷I號”凱旋歸來,西湖大學未來產業研究中心、工學院特聘研究員范迪夏團隊還沒來得及興奮多久,擺在他們眼前的是一道亟待作答的選擇題:下一代的潛水器,是往更深的海底走,還是賦予它更強的能力?
別看潛水器的名字陌生,它與宇樹機器人同屬于具身機器人概念——具備物理形態,能夠與環境進行交互的機器人;不同的是,它們可以在水下自主或經由遙控操作環境,完成科學研究、資源勘探、環境監測、搜救與救援等多樣任務。
經過反復討論,他們作出了清晰的技術選擇:放棄傳統的“往深處走”的路線,轉向大幅提升潛水器的運動能力。簡言之,從“可達”,到“可動”。
從外形上來看,最終成型的西谷II號與西谷I號非常相近。承襲第一代的道法自然,這依然是一件全仿生設計的魚型潛水器,效仿對象為有著“魔鬼魚”之名的蝠鲼魚:身體扁平、行動敏捷、重心低不易傾覆。
為什么要做魚型、而不是人型?范迪夏介紹道,這是由于人形機器人在水下會因為重心和浮力的問題,導致不穩定,滑動低效且不靈活。而魚形機器人能更好地適應水下的環境、保證平衡性,同時提高能效和靈活性。更重要的,魚型設計有助于保護海底自然生態——與傳統的螺旋槳驅動潛水器相比,魚型潛水器在外形、噪音和對水的擾動等方面都更加溫和,能夠最大限度地降低對深海的干擾,如同海底的一條游動魚。
既然以大自然為師,這就注定西谷II號不會是笨重的潛水器。事實上,如果你有機會近距離打量西谷II號,很有可能發現它比你想象的“嬌小”:長3米、寬3米、高1.5米,在現實空間里,它比常規的魔鬼魚要短一些、高一些;但比通常的小汽車短一點,再寬一點。
靈活的“可動”
為了實現更靈活的“可動”,西谷II號相比前一代也做出了技術進化。實現更復雜的波浪形運動路線,這是“可動”能力中的一方面。
西湖大學深海技術講席教授崔維成表示,最明顯的調整,要數兩側“魚鰭”。上一代的西谷I號中,裝備的是一對像翅膀一樣展開、剛柔并濟的模塊化胸鰭,而現在,這一設計已完全升級為更加靈活的波動鰭,形態如波浪,貼近自然界魚類鰭形的擺動。
崔維成解釋道:“這一變革不僅讓西谷II號的外觀更加流線型,更符合水下航行的流體力學要求,同時能夠更自然地模仿生物鰭的擺動,從而在水中實現更高效的推進力和更靈活的轉向能力。”
“可動”中的另一部分,來自西谷II號體外的創新附件。
回顧西谷I號,當時在潛水器中央預留了一個即插即用的“魚肚子”拓展塢空間,這一設計在西谷II號得到了進一步完善和拓展。現在,這個拓展塢已經可以裝備包括深海機械臂、射流機器人、仿生章魚吸盤、深海斯特林發電機等一系列先進設備。這些“零部件”將能賦予這件魚型機器人更多的作業能力。
崔維成表示,最引人注目的新增功能之一就是“子母魚布放系統”。這一創新設計允許西谷II號攜帶并布放小型機器魚,以進行更為靈活的任務執行和數據采集。這些小型機器魚能夠在極為復雜的海底環境中執行任務,并與主潛水器協同工作,拓展了西谷II號的作業范圍。
西谷II號尾部新增了一個“魚尾巴”功能——尾部“自拍桿”。這是一種集成了拍攝功能的智能部件,可以根據需要自動伸縮并調整角度,捕捉水下更廣闊的視野,并傳回更加清晰的圖像,為深海勘探和科學研究提供寶貴的數據支持。
目標:南海2000米深處
2025年2月25日,他們終于等到了這一天,搭載廈門大學的“嘉庚號”,西谷II號從廈門港出發,目標:南海2000米深處。
“西谷II號”總設計師李偉琨記得,3月4日的那一夜驚心動魄。船的一邊是月明星稀,另一邊卻風浪洶涌。正是由于海上天氣復雜、適宜的天氣窗口短暫,必須抓住這寶貴的時機完成任務。當“西谷II號”成功在2000米深度完成所有近底復雜運動與作業的那一刻,團隊成員們都激動得忍不住熱淚盈眶。
經過海試,“西谷II號”成功驗證了其在運動能力上的大幅提升,并且配套附件的概念性和能力驗證也取得了初步成果。
這條“大魚”能為人類做些什么呢?
范迪夏指出,它在復雜環境中的出色作業能力,包括在小半徑內靈活轉彎、在三秒內完成快速轉向,以及精確的運動控制,使其能夠在極具挑戰的水下環境中穩定執行任務。
這些不僅僅是炫目的“雜耍”技巧,而是將“穩、準、靜、巧”四個關鍵特點融入到海底作業中:通過自適應定高、定深、定向系統,西谷II號能夠始終保持穩定的航行姿態,確保任務的順利執行;其全自主軌跡規劃能力使潛水器能夠精確地按照預設的航行軌跡進行深海探測,避免任何偏差;同時,西谷II號的魚型設計和低噪音運行,最大程度減少了對海底生態的干擾,確保水下環境的安靜與和諧;此外,憑借其在短時間內完成快速轉向的能力,西谷II號能夠迅速應對突發情況,靈活避開障礙物,完成復雜的操作任務。
崔維成表示,憑借這些能力,未來“西谷II號”將能夠在自然勘探、珊瑚礁觀測、生態修復、海底采礦、設備維修等一系列涉及生態保護、資源采集與海底工程的復雜任務中大展身手。
尤其是在深海環境中的應用,西谷II號將成為理想的多功能平臺,為人類深入探索和利用海底資源提供精準、高效的解決方案。
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