对话《自然》封面文章作者 | 成功挑战马里亚纳海沟的软体机器人
3月4日出版的《自然》发表了来自浙江大学的关于能在水下近11000米进行深海作业的自供电软体机器人的最新研究。《自然》还以“Deep-sea diver”为题把这项研究成果作为封面故事介绍，并在同期的News & views进行了进一步的报道。在论文发表之际，Nature portfolio的执行主编杨晓虹博士与两位主要作者，浙江大学交叉力学中心主任杨卫院士和文章的通讯作者、交叉力学中心李铁风教授，进行了对话。
由于极端条件的限制，深海一直是地球上仍有大量空间等待探索的区域。在本期《自然》中，浙江大学和之江实验室的李国瑞博士、李铁风教授、杨卫院士等发文报道了一个能在水下近11000米作业的自供电软体机器人。从深海狮子鱼（Pseudoliparis swirei）中得到设计灵感，该智能机器人的各个电子元器件分布在全身，并整体封装在一种柔性有机硅材料中，帮助其承受深海的极端压力。在测试中，研究团队成功让机器人在中国南海海面下3224米和马里亚纳海沟10900米的深度工作。封面的艺术再现图描绘了这个机器人和它的灵感来源——深海狮子鱼。封面图片：李铁风/浙江大学
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杨晓虹：热烈祝贺！首先，能否向我们的读者介绍一下交叉力学中心的理念和这个工作的背景？
杨卫： 感谢！随着现代力学研究与其他学科的交叉越来越广泛和深入，一系列处于科学前沿的新问题和新领域正在陆续出现。浙江大学交叉力学中心正是希望通过发挥力学学科的基础作用，在几个方面开展交叉融合。一是层级交叉，将结合深度学习的跨尺度计算用于创新材料。二是质智交叉，将智能软材料、柔性电子等软物质研究拓展到智能系统应用。三是刚柔交叉，研究刚柔软共融机器人为机器人与装备领域带来新思路。第四个方面是介质交叉，研究由于固体与流体介质的交叉而生成的复杂介质，如广义软物质。在这些交叉规律的研究基础上，探讨力学与先进制造业、航空航天、深海探测等领域联系，实现基础研究与重大工程实践的主动结合。
李铁风：是的，软体机器人系统就是一个 “质智交叉”与“刚柔交叉”研究的对象。我们的理念是通过介电高弹聚合物、水凝胶等智能软材料的多场耦合力学的研究，结合来自大自然的灵感，进而构造具备环境适应性强、人体亲和性好等优点的软体机器人系统，并推动其在环境探测、康复医疗等领域的应用。
Q
杨晓虹：和以前的工作相比，新论文展示的主要突破有哪些？
杨卫：这项研究的设计原理和技术方法可为软体智能机器人的设计与应用带来新思路，同时是以深海探测为目标，促进了力学与工程交叉融合。
李铁风：深海探索对人类全面认识自然、了解地球至关重要，但同时又是个世界性难题。之前我们对介电高弹聚合物人工肌肉做了长期研究，并结合水凝胶离子导电层研发了几类软体机器人，但要让软体机器人从实验室走向深海却面临很大困难。比如在马里亚纳海沟万米深海，压力将近1100个大气压，可大致比作在指尖上压了辆小轿车，因此深海机器人通常需要高强度的硬壳或压力补偿装置来保护。在刚发表的这篇文章中，我们报道了在突破硬壳体的约束方面的进展。我们从深海狮子鱼身体结构获得启发，提出了软-硬融合的材料和结构设计原理，调节了高水压下系统内部的应力，让软体机器人的控制、能源和动力系统都无需硬壳体保护就能工作。
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杨晓虹：和大家分享一点研究过程中的小插曲、小故事吧。
李铁风：机器鱼是融合型的设计，研究团队我们也自称为融合型，有之江实验室、中科院深海所等许多不同单位，以及化工、机械、能源、计算机等专业的团队参与合作。我们在南海进行深海实验时遭遇了台风，团队非常辛苦才找到一个时间窗口通宵做的实验。开心的是实验很成功，而且还很幸运地拍摄到了硬体的机械臂、软体的机器鱼、美丽的深海虾，三者同台的场景。大家都特别高兴，觉得可用此来体现力学设计-生命启发-机器应用的研究概念。
软体机器鱼（左下）深海虾（右下）硬质机械臂（右上）
软体机器鱼、深海虾、硬质机械臂同框邂逅，视频来自李铁风
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杨晓虹：未来你们还准备继续在哪些方面进行攻关？
杨卫：交叉力学中心的一个未来研究目标是探讨智柔体（包括多功能软物质、智能融合体和类生命体）在极端条件下的力学行为，我们将进一步研究如何拓展智柔体的服役包线。
李铁风：对于软体智能机器人系统，我们还有比如系统可靠、材料耐久等挑战需要应对，也有如力-热-化多场耦合行为等基础问题需要研究。希望我们的软体机器系统能大幅降低一些深海探测装备的成本，其智能无人化水平也能进一步提升，从而在时间与空间上增强深海探索能力，获取更为丰富的环境、生物、资源信息。我们还希望这篇论文中提出的软体机器人系统适应复杂环境的设计方法能在人体辅助、医疗器械等领域得到更广泛的应用。
Q
杨晓虹：最后，非常欢迎对我们的期刊和工作提出建议和期许。谢谢！
李铁风：在这次的投稿、审稿过程中，Nature的编辑与审稿人赞赏我们这种新方法将为深海探索和机器人设计带来新思路，这给予了我们很多鼓励。审稿意见非常详尽，他们提出的建议和批评也非常客观和专业，这让我们在整个过程中受益良多。Nature的整个线上系统的专业和便捷也让我们印象深刻。希望Nature在未来能继续支持基础和前沿研究，鼓励多学科交叉，同时持续关注有重要创新的技术科学与工程突破。
专家介绍
李铁风，浙江大学博士（哈佛大学联合培养），浙江大学教授，交叉力学中心成员，负责软体机器人与智能装备实验室。在Nature，Science Advances 等期刊上发表论文50余篇，论文引用2000余次。获国家自然科学基金优秀青年基金、中国科协青年人才托举工程、科学探索奖、麻省理工科技评论（MIT TR35-China）等荣誉。
杨卫，美国布朗大学工学院博士，浙江大学教授，交叉力学中心主任，固体力学专家，中国科学院院士，发展中国家科学院院士，美国工程院外籍院士，第十三届全国政协常委会委员。曾任清华大学校学术委员会主任，国务院学位委员会办公室主任，浙江大学校长，国家自然科学基金委员会主任。
杨晓虹（Helena）, 美国冷泉港实验室与石溪大学共同培养博士，于2018年10月加入施普林格·自然集团（Springer Nature），目前担任负责与大中华区学术与政府相关事务的副总裁及Nature portfolio的执行主编。她是Springer Nature出版委员会成员、公共政策领导小组成员及总编辑顾问组成员。
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