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游向|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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【游向|让仿生鱼游向万米深海（科技自立自强·青年科学家）】
游向|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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李国瑞（右二）和团队成员在做实验 。赵新原摄
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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 ， 采访人员看到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 。 ”
作者：本报采访人员 顾 春
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