北太平洋鱼群“混入”一只“间谍”鱿鱼,竟然来自上海临港

北太平洋鱼群“混入”一只“间谍”鱿鱼,竟然来自上海临港飞入寻常百姓家
来源:新民晚报   作者:郜阳   2021-04-08 10:40:33

图说:上海海洋大学机器鱼创新团队在水池调试仿生鱿鱼机器鱼 采访对象供图(除署名外下同)

北太平洋上,一只棕红色的鱿鱼正滑动着两边的尾鳍,十根触须灵活地在水中摆动,一会儿在海面上浮游,一会儿潜入海中。前不久,上海海洋大学机器鱼创新团队所研制的仿生鱿鱼机器鱼第一次“游”入了大海,并顺利完成300米水下探测的任务。大海里的精灵们怎么也想不到,有着曼妙身姿的“同伴”竟是个十足的“间谍”。

2021年,机器鱼迎来了高光时刻。三月初,中国造机器鱼畅游马里亚纳海沟。这其中,上海海洋大学团队在耐压性能和海试过程中发挥了重要作用。机器鱼遨游蓝色大洋,上海首个“技术券商”样板间——上海国际海洋技术交易服务平台做了大量工作。

图说:水池测试机器鱼

它不止会“游泳”

“打卡”北太平洋的鱿鱼,除了模仿“同伴”的生物游动机理,完成结构稳定性测试、功能性测试等,还搭载了水质参数传感器、水下集鱼灯、水下摄像头等,获取了不少重要数据。“在水文勘察和水文环境监测时,如果能有一只仿生机器鱼‘混’入鱼群,既不会惊动鱼群,又不会对生态环境造成影响,反而能带回大量的数据。人类也无须冒着生命危险去采集数据,这可是一件大好事。”机器鱼创新团队核心指导教师、高级工程师孔祥洪告诉记者。

然而,要“仿制”一条惟妙惟肖的鱼,又谈何容易。它涉及多个学科,又特别强调知识的活学活用和动手能力。“就拿鱿鱼来说,这是海洋生物中游泳行为最复杂的品种之一。一般鱼类的行为就一两种,而它的游泳行为至少有四种。同时,相较一般鱼类,鱿鱼身体结构更为复杂。”孔祥洪解释。

图说:上海海洋大学机器鱼创新团队在夜间测试

机器鱼创新团队的成员,来自不同学院,他们自称是一群在校园里“遛”鱼的人。每回调试好机器鱼,随手放入实验室水槽里测试。遇上问题,就立即捞起来检查;要进一步获取精确数据,就必须下水测试。大家会把机器鱼带到学校的湖里“遛一遛”——这“遛”鱼可比遛猫遛狗难多了,鱼没有按照设定的程序游,抑或是游的“姿势”不甚理想,都得捞出来看一看、修一修。

图说:在水族箱中的机器鱼

孔祥洪抱出了一大堆仿生机器鱼向记者展示:可多自由度游泳的机械海蛇、肌肉摆动游泳的机械蝠鲼、尾鳍上下摆动游泳的机械海豚……让人眼花缭乱。令人称赞的是,它们在水中游动的姿态和真鱼几乎无异,遇到障碍能自动回避,钻进狭小空间也能灵活自由游出。

世界首次的上海贡献

海面下10900米,马里亚纳海沟,地球海洋的最深处。一条A4纸大小、形状奇异的中国“鱼”,在漆黑一片的海底,自由自在地拍动起了“翅膀”。上个月初,这条中国机器鱼登上了国际顶尖学术期刊《自然》(Nature)的封面。

图说:中国鱼登上Nature封面 来源/Nature

包括浙江大学、中国科学院深海科学与工程研究所、上海海洋大学等在内的研究团队从深海生物身上汲取灵感,率先提出机电系统软-硬共融的压力适应原理,成功研制了无需耐压外壳的仿生软体智能机器人,首次实现了在万米深海自带能源软体人工肌肉驱控和软体机器人深海自主游动。

在研究期间,上海海洋大学深渊科学与技术研究中心潘彬彬团队配合浙江大学李铁风团队开展了软体机器人从实验室常压环境到11000米深海环境的高压、高盐、低温的试验与改进,通过数十次压力试验完成了软体机器人的耐压性能改进。“我们的工作主要是耐压性能的技术支撑。要知道,传统材料在海水的作用下会变形。压力增大后,海水还会渗透造成电路问题。凭借深海装备领域的丰富经验,我们提供了解决方案。”潘彬彬说。

图说:仿生软体智能机器人“打卡”马里亚纳海沟 来源/Nature

在此基础上,潘彬彬团队还为软体机器人研发了基于万米着陆器的专用海试设备——深海穿梭平台,并于2018、2019年两个航次,数次搭载软体机器人到达马里亚纳海沟挑战者深渊开展了海试,为软体机器人的最终成功“打卡”发挥了重要作用。

创新突破有支撑

机器鱼创新团队的每一次进展,都为上海海洋大学国家大学科技园总经理吴炯华所关注。从去年秋天起,他又多了个新身份——上海国际海洋技术交易服务平台的负责人,这也是申城首个“技术券商”样板间。

吴炯华介绍,上海国际海洋技术交易服务平台由上海海洋大学、上海技术交易所和上海高校技术市场三家单位联合成立,是一个围绕海洋、水产学科,开展成果挖掘、集聚、筛选、运营、转化(交易)等科技类公共服务的平台。

图说:上海海洋大学机器鱼创新团队在多次大赛上获奖

机器鱼能为深海探索科考、环境监测与资源勘探提供解决方案,前景广阔,是平台长期关注和扶持的项目。一直以来,吴炯华也在为团队技术能从实验室更快走向应用而奔波。“不少技术创新,教授把它当宝贝,可却仅仅停留在实验室阶段。要知道,企业家和老师的想法并不同。”吴炯华说,“我们的工作是‘二次开发’,挖掘并评估适合企业成果转化的突破。”

在吴炯华的计划中,平台将建设成果、需求和专家这三大数据库,打造海洋和水产领域的科技创新信息共享服务平台。“从长远来看,我们希望能形成行业服务标准,实现市场化、规范化和高效化的优质服务体系。同时,引聚国内外的优质水产科技资源,打造世界一流海洋、水产科技成果高地。”

新民晚报记者 郜阳

编辑:钱文婷

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