西北工业大学研发仿生水母机器人 以更“温柔”和静默的方式探索深海

实验室内，红、白两色的水母在水缸中自由移动，而旁边的仿生水母机器人几乎与水中环境融为一体，如果不仔细看很难察觉。

这款直径仅120毫米、重量56克的微型机器人，是西北工业大学机电学院陶凯教授团队自主研制的仿生水母机器人。机器人凭借近乎透明的躯体和仿水母肌肉结构，精准模拟了水母利用涡环推进的灵动姿态，在水下实现高效且近乎无声的静默运行。

海水的平均密度远高于空气，物体在海水中移动十分困难。传统机器人进行海底探测时，不仅耗能巨大，还会扰动起海底沉积物，干扰探测作业。“如何成为海洋中纯粹的观察者，而非干扰者？这是深海探索的难题之一。”陶凯说，“仿生水母机器人正是面向深海作业智能化这一国家重大需求，融合仿生学与人工智能的攻关成果。”

作为最古老的生物之一，水母在地球上生活了数亿年，从千米深海到近海潮间区、从极地冰层到热带珊瑚礁，都有它们的身影，是经自然严选的海洋适应高手。陶凯介绍，水母身体95%以上由水构成，能实现低能耗悬浮与静音移动，这正是深海观测设备急需的特性。基于此，团队开启了以水母为原型的仿生研发之路。

仿生水母机器人采用极致的仿生设计：以水凝胶为电极材料，通过静电液压驱动结构，使机器人含水量达到90%以上，从形态到材质都高度贴近真水母。

“离开水体后，它的透明驱动结构更直观。”陶凯将机器人从水缸中取出，其机身全透明，并搭载了电路板、集成微摄像头模组以及嵌入式人工智能处理芯片。“这些脚蹼通过收缩舒张制造水流，实现推进与悬浮，全程几乎无声、无明显扰动。”陶凯解释，这种设计让机器人在深海中如同“隐身”，可避免对海洋生物与环境造成干扰。

在静态测试中，工作人员启动机器人的摄像模组，它迅速锁定水缸内的静置瓶盖，屏幕上实时出现红框标注与置信度数值。

更具挑战的是动态测试：水缸内游动的小丑鱼进入机器人视野，红框立即锁定并全程跟随，即便小鱼穿梭于其他鱼类间也未出现跟踪丢失。“只要目标与其他物体存在差异，机器人就能实现动态捕捉。”陶凯说，这一能力可满足深海中对游动生物的观测需求。

找到目标后，它的科研价值在哪？

“这款仿生水母机器人不仅是观察者，更是数据采集者。”陶凯介绍，目前，它可搭载盐度、深度、温度等监测模块，用于珊瑚礁健康观测；在渔业养殖中，能实时监测水体环境，为养殖安全提供数据支撑。

“未来，它还可拓展至深海资源勘探、海洋生态调查等领域，让科技以更‘温柔’的方式探索蓝色宝库。”陶凯说。

陶凯团队所在的“空天微纳系统教育部重点实验室”是国内较早开展微机电系统研究的单位之一，面向航空、航天、航海，致力于实现装备的微型化、集成化、信息化，2024年入选国家级创新团队。

正如团队口号——“以自然为师，让科技静默前行”，这款仿生水母机器人正以向自然学习的创新思路，为人类与海洋的和谐对话搭建起新桥梁。

（人民日报）