西北工业大学成功研制仿生水母机器人 为深海科考提供静默观测新方案

问题——深海环境复杂、观测要求高,传统探测装备面临“能耗大、干扰多”的双重挑战。

海水密度远高于空气,水下运动阻力大,常规推进方式往往需要较高功率输出;与此同时,螺旋桨等机械推进容易产生噪声与水流扰动,既可能搅动海底沉积物、影响取样与成像精度,也可能惊扰海洋生物、改变其自然行为,从而降低生态观测的可信度。

如何在“看得清”的同时尽量“少打扰”,成为深海精细化观测亟待破解的关键问题之一。

原因——深海观测从“到得了”走向“看得准”,对装备提出了新的技术逻辑:更柔性、更静默、更贴近海洋本底。

长期以来,海底资源调查、生态监测、工程巡检等任务逐步从粗粒度探测转向长期、连续、精细的原位观测,既需要设备具备稳定可靠的机动能力,又需要尽可能降低对环境的影响。

自然界中,水母以低能耗悬浮和相对安静的推进方式适应多样海域,其身体以水为主、结构柔软,运动多依靠涡环推进,形成了“效率与隐蔽兼顾”的生存策略。

以此为启发,仿生路线为水下装备打开了新的技术窗口,即通过材料、结构和驱动方式的仿生化,改变传统推进造成的高扰动特征。

影响——微型、透明、静默的仿生装备,有望提升深海观测的“原真性”和“可持续性”。

据介绍,该团队研制的仿生水母机器人直径约120毫米、重量约56克,机体近乎透明,并采用仿水母肌肉结构实现推进与悬浮,水下运行噪声与扰动较低,能够在环境中更不显眼地完成观测任务。

实验条件下,机器人在静态目标识别与动态目标跟踪方面表现出较强的实时能力:面对水体内的静置目标可快速识别并标注置信度;在动态场景中,可对游动目标进行持续跟踪,减少因目标快速移动或背景干扰导致的“丢失”。

这类能力意味着它不仅能“靠近而不惊扰”,还可以在有限体积内承担一定的感知与计算功能,为获取高质量数据提供支撑。

对策——以仿生设计与系统集成为抓手,推动深海观测装备向低扰动、多传感、智能化方向迭代。

该机器人采用水凝胶等材料构建电极并结合静电液压驱动结构,使含水量大幅提升,从形态到材料更接近真实水母,从而实现较为柔和的运动特性。

与此同时,装备集成电路板、微型摄像模组与嵌入式处理单元,并预留扩展接口,可搭载盐度、深度、温度等监测模块,增强数据采集维度。

面向应用侧,应进一步围绕长期可靠性、耐压与密封、耐腐蚀、能源供给与续航、通信定位等关键环节开展验证与工程化优化;围绕典型场景建立评价体系,例如“扰动强度”“生物行为影响”“数据连续性”等指标,以可量化方式评估其相对于传统装备的改进幅度。

面向产业侧,可探索与海洋牧场、近海生态修复、保护区监测等需求对接,形成“监测—预警—处置”闭环的数据服务模式。

前景——从“温柔探海”到“精细治理”,低扰动仿生机器人或将成为海洋观测体系的重要补充。

随着我国海洋强国建设持续推进,海洋生态保护、海洋资源调查、深远海开发等任务对装备提出更高要求:既要扩大覆盖范围,也要提升观测精度与环境友好程度。

微型仿生水母机器人在珊瑚礁健康观测、渔业养殖水体监测等场景具备落地潜力,未来还可拓展至深海生态调查与资源勘探的辅助观测,实现对游动生物、环境参数和局部微环境的综合记录。

依托相关重点实验室在微机电系统与微纳集成方面的积累,若能进一步解决深海工况下的稳定性与规模化部署问题,并与海底观测网、无人潜航器等形成协同,将有望提升海洋观测的时空分辨率与数据可信度,为海洋治理和科学研究提供更扎实的底座数据。

当科技创新学会向自然谦卑求教,人类探索深海的脚步便多了一分从容。

这款"隐形"机器人不仅是一项技术成果,更预示着人与自然相处方式的革新——在认识海洋的过程中,我们正从"征服者"转变为"观察者"与"守护者"。